búsqueda de partículas más allá del modelo estándar

Unas balanzas ultraprecisas intentan captar la diferencia entre dos granos de arena casi idénticos. Uno de ellos es el reflejo perfecto del otro, como en un espejo. En el mundo de las partículas elementales, ese reflejo especular se denomina paridad P, y su violación es uno de los mayores enigmas de la física.

La materia oscura sigue siendo el fondo de bajo inaudible de la sinfonía cósmica: no emite luz, pero su atracción gravitacional da forma a las galaxias. Vera Rubin fue la primera en detectar este ritmo en los años 70, al observar la rotación de las estrellas.

A finales de los años 1990, el cielo estrellado nos dio una sorpresa: Saul Perlmutter y Adam Riess descubrieron que la expansión del Universo se acelera.

Un gran tanque subterráneo con xenón líquido espera un evento raro: el empujón de una partícula de materia oscura. Normalmente, la gravedad es demasiado débil para que ese empujón se note.

Todo comenzó no con el vacío, sino con un océano de plasma hirviendo. En este caldo primigenio, las ondas sonoras corrían a través de la materia ardiente, chocaban y la compactaban. A veces, un grumo se volvía tan denso que la luz ya no podía escapar, y directamente del gas incandescente nacía un agujero negro primordial.

En el armario de la cocina hay un frasco de azúcar. Si lo agitas, los granos se distribuyen casi uniformemente: no hace falta colocarlos uno a uno con pinzas. Algo parecido pudo ocurrir con los diminutos agujeros negros en los primeros instantes tras el Big Bang. Su masa es como la de un asteroide y su tamaño, menor que el de un átomo.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

Después del Big Bang, el universo se asemejaba a un globo fuertemente inflado: la presión impedía que la materia se comprimiera en grumos. Pero las hipotéticas partículas superpesadas — una especie de «pesos pesados» del micromundo — volvían el globo menos elástico por un instante.

Entre 2016 y 2018, en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, los protones chocaron con una energía de 13 teraelectronvoltios, como si dos guisantes se aceleraran hasta velocidades en las que su impacto engendra un enjambre de nuevas partículas.

En la cocina, dos haces de linternas se atraviesan mutuamente sin notarse. La luz casi no interactúa con la luz. Pero si se aceleran partículas a energías enormes, dos fotones pueden colisionar y dar lugar a algo nuevo.

En el Gran Colisionador de Hadrones, los protones chocan a casi la velocidad de la luz. A veces no se rompen, sino que intercambian fotones, las partículas de la luz. Estos fotones pueden crear un par: una partícula que el detector ve y otra que se escapa sin ser detectada.

En las transiciones nucleares del berilio-8, helio-4 y carbono-12, los físicos de la colaboración ATOMKI vienen observando desde 2020 eventos de más — como si en la desintegración de un núcleo excitado a veces naciera algo más, además de los fotones habituales. La energía de ese «algo» es siempre la misma: unos 17 millones de electronvoltios.

Una bala que no atraviesa un solo blanco, sino que deja su huella en varias capas de blindaje. Así se comporta aproximadamente la materia oscura superpesada que se ha buscado por primera vez en el detector DarkSide-50.

Un resonador metálico, enfriado casi hasta el cero absoluto, escucha el ruido de radio del universo. Entre el caos de las fluctuaciones térmicas y la electrónica, podría aparecer un pico débil: el rastro de un axión, una partícula que quizás constituye la materia oscura.

La materia oscura es como un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias. No emite luz, pero si sus partículas chocan, puede destellar radiación gamma.

En el detector BESIII, las partículas representan una obra de teatro: chocan, nacen y se desintegran, dejando destellos de luz. Pero a veces un actor puede salir del escenario sin ser visto, por una puerta secreta que las cámaras no captan. Los físicos buscaban precisamente esas desintegraciones "silenciosas", en las que una partícula se convierte en algo invisible para los instrumentos.

Una piedrecita cae en un estanque y las ondas se expanden por el agua. Pero a veces la piedrecita no se hunde de inmediato: se desliza bajo la superficie, recorre varios metros y solo entonces emerge, generando ondas en un lugar inesperado.

Dos agujeros negros giran uno alrededor del otro, y su danza no siempre se parece a un vals regular. Si los agujeros giran sobre su propio eje, su órbita puede empezar a tambalearse, como una peonza a la que empujan y se inclina hacia un lado sin dejar de girar.

Imagina una estrella que parece bailar un vals con un compañero invisible: sus oscilaciones rítmicas, causadas por la gravedad de un satélite, son registradas por los instrumentos, pero el compañero en sí escapa a la observación.

El universo está lleno de masa invisible — la materia oscura — que solo se manifiesta a través de la gravedad. Una de las hipótesis sugiere que la materia oscura está compuesta por agujeros negros primordiales, objetos formados en las condiciones extremas inmediatamente posteriores al Big Bang.

El universo tras el Big Bang era casi perfectamente homogéneo. Casi, porque las diminutas inhomogeneidades de densidad, estiradas por la inflación, se convirtieron en semillas de galaxias. Pero, ¿y si esas mismas inhomogeneidades pudieran dar origen no solo a estrellas, sino también a agujeros negros?

Una esfera de silicio de 166 nanómetros de diámetro flota en el haz de un láser infrarrojo. La presión es inferior a 10⁻⁸ mbar, y la temperatura de movimiento ronda los 10 milikelvin. Esto es más frío que la radiación cósmica de fondo.