En las últimas décadas, los impresionantes y excitantes avances de la exploración espacial han discurrido en paralelo a los no menos interesantes avances en la cosmología y la física de partículas. Y a medida que hemos entendido mejor lo que sucede en cada campo, hemos descubierto las conexiones entre el universo extremo, el más cercano y las interacciones fundamentales entre las partículas más pequeñas que conocemos. 

En la Semana Mundial del Espacio, queremos poner en valor estas disciplinas, que, partiendo de experimentos y estrategias diferentes a los de la exploración espacial, contribuyen a tejer una visión extensa y a la vez precisa de nuestro universo. Desde la cosmología y la física de partículas, Matteo Martinelli, del Instituto de Física Teórica (IFT UAM-CSIC), y Justo Martín-Albo, del Instituto de Física Corpuscular (IFIC UV-CSIC), persiguen un mismo objetivo: mejorar nuestra comprensión sobre el cosmos. Ambos lo hacen con una beca posdoctoral Junior Leader de ”la Caixa”.

Poniendo a prueba a Einstein 

La Teoría General de la Relatividad, publicada en 1915, supuso un antes y un después en la física moderna. Con ella, Albert Einstein explicaba la gravedad como una propiedad geométrica del espacio-tiempo y no como una simple fuerza a distancia entre objetos con masa. Desde entonces, son muchos los experimentos y observaciones que la han puesto a prueba, hasta el momento siempre llegando a la conclusión que Einstein tenía razón.  

Sin embargo, observaciones cosmológicas ligadas a la expansión del universo proporcionan indicios de que la teoría de Einstein no es la teoría final. Actualmente, investigaciones como la que lidera Matteo Martinelli desarrollan nuevos métodos para seguir testeando la teoría de la gravitación, con la esperanza de encontrar su talón de Aquiles y así la puerta a una teoría más global. “Queremos entender si tenemos que ir más allá, o si funciona tanto en el sistema solar como en la escala cosmológica”, comenta el investigador del IFT UAM-CSIC. 

Los modelos alternativos propuestos para resolver las inconsistencias observadas serán probados en próximas mediciones cosmológicas, como las del satélite Euclid de la Agencia Espacial Europea (ESA). Con los datos obtenidos, Martinelli y sus colaboradores serán capaces de descartar algunos de estos modelos o de detectar desviaciones del modelo estándar actual, siendo ambos resultados un avance significativo en la comprensión de la evolución del universo y de las leyes de la gravedad.

Sin entender los neutrinos, no podemos entender el universo

A día de hoy, los físicos siguen sin resolver grandes preguntas sobre el universo como: ¿por qué está compuesto fundamentalmente por materia y no por antimateria? ¿Por qué no tenemos todavía una teoría de la gravitación que funcione a escala cuántica? La solución a estos y otros enigmas podría encontrarse en los neutrinos, hasta el momento las partículas con masa más abundantes del universo, aunque también las menos entendidas. 

Los experimentos de física de partículas se basan en acelerar partículas subatómicas hasta velocidades relativistas para luego medir el resultado de su interacción con otras partículas relativistas o con materia. Logran así reproducir en el laboratorio las condiciones del universo extremo y estudiar fenómenos que, de otro modo, sería imposible entender.

Con el proyecto internacional DUNE, Justo Martín-Albo persigue medir con gran precisión el comportamiento de los neutrinos que considera “fundamentales para entender cómo el universo ha evolucionado hasta como lo conocemos hoy, con unas propiedades muy concretas que permiten, por ejemplo, la vida.”

DUNE, actualmente en construcción, está formado por dos instalaciones científicas situadas en los extremos del que será el haz de neutrinos más intenso del mundo. Se trata de un experimento para estudiar mejor las oscilaciones de los neutrinos, un fenómeno cuántico que provoca el cambio de las propiedades de estas partículas durante su viaje a través del espacio y la materia.

Desde el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, cerca de Chicago (EE. UU.), se emitirá un haz de neutrinos de un cierto tipo, o lo que los científicos llaman con un cierto sabor, refiriéndose a una de sus propiedades cuánticas. En su viaje de 1.300 km hasta el detector en Dakota del Sur, algunos de estos neutrinos cambiarán su sabor. El objetivo es medir con precisión cuántos de ellos cambian de sabor, u oscilan, usando la jerga científica. 

Esta es una medida compleja, dado que los neutrinos, sean del sabor que sean, son muy difíciles de detectar puesto que casi no interaccionan con la materia. Sin embargo, son muchos los científicos que creen que las posibles anomalías en estas oscilaciones son las que nos darán las claves para mejorar nuestras teorías sobre las interacciones entre las partículas y su efecto en los modelos cosmológicos.

A pesar de centrar sus investigaciones en objetos de estudio muy dispares, Matteo Martinelli y Justo Martín-Albo coinciden en la función impulsora que supone el apoyo de ”la Caixa” para el futuro de su carrera profesional.