Cómo los neutrinos pesados dibujan una doble huella gravitacional exprés
En los primeros instantes después del Big Bang, el universo era una sopa caliente de partículas. Entre ellas flotaban neutrinos superpesados, miles de veces más masivos que sus ligeros hermanos que nos atraviesan hoy. Sus masas eran casi iguales, como tres gemelos, no como transeúntes al azar.
Ese panorama lo dibujó una simetría matemática inusual: el grupo modular A₄. Esta simetría liga rígidamente las masas de las partículas, sin dejar libertad de ajuste. Como resultado, los neutrinos superpesados resultan casi degenerados en masa (la diferencia es de fracciones de porcentaje). Es como tres pesas fundidas con el mismo molde. Su desintegración en el universo temprano produjo un diminuto exceso de materia sobre antimateria, el mismo gracias al cual existimos usted y yo.
Pero este cuadro ordenado tiene una sombra cosmológica. Cuando el universo se enfrió, se produjo una transición de fase, como el agua que se congela en hielo. En ese proceso, el campo responsable de la simetría se "congeló" de manera diferente en distintas regiones del espacio, y entre ellas crecieron paredes de dominio. Tal empalizada de energía habría debido dominar el universo, pero no la vemos.
Los autores del trabajo encontraron una salida elegante: esos mismos neutrinos superpesados crean una diminuta asimetría de presión sobre las paredes. Las paredes comienzan a moverse, chocan y desaparecen, generando ondulaciones en el espacio-tiempo: ondas gravitacionales. Su espectro es inusual: dos picos separados por muchas octavas. Uno proviene de la colisión de las paredes; el otro, de la propia transición de fase. Juntos recuerdan a una doble campanada, a partir de la cual se puede reconstruir la masa del badajo invisible.
Los futuros detectores —el observatorio espacial LISA y el telescopio terrestre Einstein— podrán escuchar ambos picos. Es una oportunidad rara de asomarse a la época en que se formaron las masas de las partículas y de pesar indirectamente lo que jamás caerá en una trampa de acelerador.
Las paredes de dominio de las que hablamos no son barreras físicas, sino regiones de cambio brusco en la energía del campo. Si una de esas paredes atravesara una habitación, no le daría a usted en la nariz, pero cambiaría las masas de las partículas elementales dentro de su cuerpo.
En la novela de Greg Egan, «La cohete de cuerda» (Clockwork Rocket), los físicos usan ondas gravitacionales de transiciones de fase para estudiar vacíos alternativos. Aquí hay una idea similar: las ondas cuentan sobre la simetría que se rompió en las primeras fracciones de segundo de la vida del universo.