tiempo de coherencia

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo parecía un caldero hirviendo. En él, según una hipótesis, pudo nacer la materia oscura: la sustancia invisible que mantiene a las galaxias unidas.

El mundo cuántico se parece a una cocina donde, de la nada, aparecen partículas. Pero para ello se necesita un cocinero: un campo clásico que actúe como fuente externa. El teorema de Glauber, conocido desde hace tiempo en óptica, ahora se ha generalizado: muestra cómo el campo "cocina" las partículas, ya sean fotones o gravitones.

Una onda gravitacional de la fusión de agujeros negros es como el tañido de una campana en la noche. Por la fuerza del sonido se puede saber lo lejos que está la fuente.

Un café ruidoso. Intentas distinguir dos conversaciones en voz baja: una, en la mesa junto a la ventana (fusiones de agujeros negros); la otra, un susurro apenas perceptible desde el rincón más lejano (ecos del nacimiento del universo). Pero todo lo ahoga el zumbido de la máquina de café y el estruendo de la calle (las vibraciones de los detectores).

Imagina el universo primitivo como una campana de dimensiones inimaginables. La inflación —la época de expansión acelerada ideada por Alan Guth— la golpea, y una onda se propaga por el tejido del espacio-tiempo.

En cosmología se está gestando un drama: dos instrumentos musicales principales —la orquesta del universo temprano y el conjunto de cámara del cosmos actual— interpretan la misma sinfonía de expansión a diferentes ritmos.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

En un sistema binario cercano, una estrella caliente, como un reflector, ilumina a su compañera más fría. Parte de la luz se dispersa en los electrones libres de su atmósfera —esto es dispersión Thomson— y adquiere polarización lineal.

Un agujero negro, como una rueca, hace girar a su alrededor una nube de partículas ligeras: los axiones. Estas partículas son las principales candidatas a ser la materia oscura. La nube se rige por las leyes de la mecánica cuántica, asemejándose a un átomo gigante: hay niveles y transiciones entre ellos.

En la oscuridad total de una cámara de vacío flota un diminuto imán. No toca las paredes y apenas pierde energía: un guardián perfecto, listo para captar el más leve empujón. Ese guardián es justo lo que se necesita para cazar axiones. Estas partículas son las principales sospechosas del caso de la masa oculta del universo, a la que llamamos materia oscura.

El universo temprano era un lugar turbulento. El espacio vibraba con ondas gravitacionales, ondas en el propio tejido del cosmos. En ese crisol burbujeante, se cree que nació la materia oscura. Pero las partículas recién nacidas no tenían masa; había que obtenerla de algún lugar. Normalmente, el campo de Higgs es el responsable de la masa.

En el universo temprano pudieron nacer diminutos agujeros negros: con masa de una montaña, pero del tamaño de un núcleo atómico. Hoy podrían servir como fábricas de materia oscura. Hay dos mecanismos: la evaporación habitual (radiación de Hawking) y la menos conocida superradiancia.

El universo está impregnado de masa invisible: la materia oscura, cuya existencia fue propuesta por primera vez por Fritz Zwicky en la década de 1930, al observar el movimiento de las galaxias en los cúmulos.

Si un agujero negro gira rápidamente, puede retener a su alrededor una nube de partículas ultraligeras, tan ligeras que su masa casi desaparece. Juntas se organizan en capas, como los electrones en un átomo, pero en lugar de fuerzas eléctricas, actúa la gravedad. Esta estructura acumula energía como un resorte tensado.

Una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo: eso es la superposición. Pero cualquier interacción, como un grito, «colapsa» instantáneamente esta incertidumbre. Durante mucho tiempo se creyó que incluso la gravedad podía interferir.

Los astrónomos escuchan el cosmos como una vieja radio: giran la perilla no para buscar una estación, sino para escuchar cualquier ruido inusual. Este enfoque rompe moldes: en lugar de cazar ondas gravitacionales según patrones aprendidos, capturan todo lo que llega, sin sesgos.

Dos puntos en la superficie de un globo aerostático: eso es todo lo que tienes como referencia cuando intentas entender cómo se infla. Más o menos así reconstruyen los cosmólogos la historia de la expansión del universo.

Una cuerda cósmica que fue pulsada en el momento del Big Bang no solo zumba en una sola nota: por ella corren ondas y, de vez en cuando, se desprenden diminutos bucles. Estos bucles, como diapasones, comienzan a vibrar en su propia frecuencia, produciendo un sonido muy agudo.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo era un caldero hirviendo. Pero luego, según una nueva hipótesis, se enfrió bruscamente durante un breve periodo, mucho más de lo que se pensaba. En este mundo helado, las partículas de materia oscura, similares a diminutos péndulos, se quedaron quietas y no comenzaron a oscilar.

El Universo es una enorme ciudad. La materia oscura es el armazón invisible de los edificios, y la energía oscura es la fuerza que estira las calles. Durante mucho tiempo se las consideró independientes, pero una nueva investigación las ha pillado en comunicación secreta.

La materia oscura aún escapa a la observación directa, aunque su gravedad mantiene unidas a las galaxias. Una hipótesis: está compuesta de axiones, partículas muy ligeras predichas por la teoría.

En un fino sándwich de semiconductores, la luz crea pares: un electrón y un hueco positivo que se mantienen unidos como una pelota atada a una goma elástica. Normalmente, estos pares, los excitones, emiten luz rápidamente y desaparecen. Pero hay otros, los oscuros, que viven cientos de veces más porque su estructura interna les impide ceder energía al exterior con facilidad.

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.

En una enorme sala se colocan cien diapasones. Cada uno de ellos es un púlsar, un resto estelar superdenso que gira a una velocidad vertiginosa y emite pulsos de radio con más precisión que cualquier reloj.

Un cristal plano de átomos cargados, suspendidos en una trampa electromagnética, funciona como un estanque perfectamente liso. El más mínimo soplo produce ondas en su superficie. Este «estanque» capta los chapoteos de partículas de materia oscura y ondas del espacio-tiempo: ondas gravitacionales de alta frecuencia.

Cuando dos agujeros negros supermasivos giran uno alrededor del otro antes de fusionarse, sacuden el propio espacio, como una lancha que surca un lago dejando estelas a su paso. Estas ondas se llaman gravitacionales. Viajan a través del universo y atraviesan todo, incluso la Tierra.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el cosmos se asemejaba a un estanque gigante que se enfría. Así como el agua, al congelarse, se cubre de una red de grietas, el universo en enfriamiento también pudo agrietarse, pero no con hielo, sino con hilos finísimos de energía pura. Estos hilos se denominan cuerdas cósmicas.

Un diminuto superconductor, levitando sobre un imán, es como un corcho en la superficie de un océano invisible. El más leve soplo de materia oscura lo hace temblar. Los científicos analizaron dos tipos de ese «viento».

Una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad gira treinta veces por segundo. Su campo magnético es billones de veces más intenso que el terrestre. Estas condiciones podrían generar alrededor de la estrella una nube de axiones: partículas ligeras que ningún detector ha capturado todavía, pero que explican muy bien la masa oculta del universo.

Dos relojes en habitaciones diferentes deben hacer tictac al unísono. Normalmente, para ello se envían pulsos brillantes o pares de fotones que llegan exactamente uno tras otro. Pero la señal puede ser tan débil que los fotones apenas llegan. En este trabajo, los relojes se sincronizaron con luz mil millones de veces más tenue de lo habitual.

En su infancia, el universo era una mezcla caliente de partículas, como un plasma. Microsegundos después del Big Bang, al enfriarse, la temperatura fluctuaba ligeramente. Estas pulsaciones actuaron como empujones precisos en un columpio: estimulaban sincronizadamente el nacimiento de axiones, partículas candidatas a materia oscura.

Una olla en el fogón suena cuando el agua hierve. Una taza de cobre vacía también puede 'sonar' a frecuencias de radio si dentro de ella nace una partícula de materia oscura. Estas partículas se llaman axiones y, según una hipótesis, llenan toda la galaxia con una nube invisible.

La materia oscura es cinco veces más masiva que la materia ordinaria, pero no emite luz. Su naturaleza es desconocida. Uno de los candidatos son los axiones, partículas ultraligeras. Pueden atravesar el planeta de lado a lado, casi sin notar los átomos.

Si se produce un breve destello de luz cerca de un agujero negro, este responde con un eco prolongado, como una campana que sigue sonando después del golpe. La luz se retrasa cerca del agujero, reflejándose una y otra vez en una frontera invisible: la esfera de fotones, donde los rayos giran en círculos, como el sonido en el metal.

El Sol, con su gravedad, crea una copa invisible en la que la materia oscura de un tipo especial, ultraligera, no se agita caóticamente, sino que ocupa estrictos escalones energéticos, como capas transparentes de un líquido.

Una regla hecha de luz: así podría llamarse el nuevo método para medir diminutos retardos temporales. En 1987, Chong Ki Hong, Zhe-Yu Ou y Leonard Mandel notaron que si dos fotones indistinguibles llegan simultáneamente a un divisor de haz, siempre salen juntos por el mismo puerto.