El vac¨ªo y la nada

Saquemos los muebles de la habitaci¨®n, apaguemos las luces y vay¨¢monos. Sellemos el recinto, enfriemos las paredes al cero absoluto y extraigamos hasta la ¨²ltima mol¨¦cula de aire, de modo que dentro no quede nada. ?Nada? No, estrictamente hablando lo que hemos preparado es un volumen lleno de vac¨ªo. Y digo lleno con propiedad. Quiz¨¢s el segundo m¨¢s sorprendente descubrimiento de la f¨ªsica es que el vac¨ªo, aparentemente, no es la nada, sino una substancia. Aunque no como las otras...

A inicios del pasado siglo, Einstein cre¨ªa que el Universo era est¨¢tico. Preocupado por el hecho de que tendr¨ªa que colapsarse -debido a la atracci¨®n gravitatoria de cada galaxia sobre las dem¨¢s- se le ocurri¨® una peregrina idea: a?adir a sus ecuaciones la Constante Cosm¨®logica. La interpretaci¨®n moderna de esta extra?a intrusa es que se trata de la densidad de energ¨ªa del vac¨ªo, tambi¨¦n llamada energ¨ªa oscura, quiz¨¢s para acercar ciencia y ficci¨®n, o quintaesencia, para darle un toque alquimista a la cosa. Todo lo que tiene energ¨ªa ejerce una acci¨®n gravitatoria, pero la energ¨ªa del vac¨ªo, a diferencia de cualquier otra, puede ser repelente. Lo que Einstein propon¨ªa es que dos vol¨²menes de vac¨ªo c¨®smico se repeler¨ªan exactamente tanto como se atraen las galaxias que contienen, resultando en un equilibrio dif¨ªcil de creer e inestable.

Si investigamos es porque no sabemos la respuesta y la naturaleza s¨ª

Un buen d¨ªa Einstein se enter¨® de que el universo estaba en expansi¨®n. As¨ª lo demostraba la fuga de las galaxias, observada por Edwin Hubble y otros. O m¨¢s bien por otros y Hubble: a menudo en la ciencia lo importante no es ser el primero, sino el ¨²ltimo, que es quien se lleva la fama (como en otros campos; v¨¦anse Col¨®n y los vikingos, o los indios que ya estaban all¨ª). Inmediatamente, el t¨ªo Albert calific¨® su idea como el mayor patinazo de su vida.

Recientes observaciones cosmol¨®gicas indican que el universo est¨¢ en expansi¨®n acelerada. Las galaxias no se comportan como flechas, sino como cohetes a los que algo empujara. La analog¨ªa no es buena, porque el concepto es dif¨ªcil. Las galaxias no se fugan, est¨¢n ya estabilizadas por su propia gravedad y tienen un tama?o fijo. Pero el espacio (o el vac¨ªo) entre ellas, se estira. Es como si alguien tomase la Tierra por un globo y la inflara: ma?ana estar¨ªa Barcelona a¨²n m¨¢s lejos de Huelva. Qui¨¦n infla el universo ser¨ªa la densidad de energ¨ªa del vac¨ªo. El vac¨ªo ser¨ªa pues una substancia activa, capaz de ejercer una repulsi¨®n gravitacional, incluso sobre s¨ª mismo. No fue un error, sino un golazo de Einstein.

La Constante Cosmol¨®gica presenta un aspecto tranquilizante. Si domina la din¨¢mica del universo ahora, lo har¨¢ en el futuro durante much¨ªsimo m¨¢s tiempo que los meros 14.000 millones de a?os transcurridos desde que este cosmos nuestro naci¨®. Un beb¨¦ bien pertrechado, con sus propios espacio y tiempo y hasta su propio vac¨ªo, que -seg¨²n la muy bien confirmada relatividad de Einstein- nacieron con ¨¦l. La actual inflaci¨®n del universo implica, perd¨®neseme el galicismo, que no se nos va a caer el cielo encima. Mala noticia para futuros cosm¨®logos. Las galaxias distantes estar¨¢n tan lejos que no podr¨¢n ni verlas. Tendr¨¢n que estudiar cosmolog¨ªa en libros de historia.

Si el vac¨ªo contiene algo de lo que no lo podemos vaciar (su densidad de energ¨ªa), quiz¨¢s ese algo pueda hacer algo m¨¢s. Al menos eso supusieron, hace d¨¦cadas ya, Peter Higgs y otros. U otros y Higgs, podr¨ªa de nuevo arg¨¹irse; lo que no har¨¦. La substancia del vac¨ªo, llamada en el variopinto lenguaje de los f¨ªsicos un campo que lo permea, podr¨ªa interaccionar con las part¨ªculas que all¨ª est¨¦n. E interaccionar de modo distinto con cada tipo de part¨ªcula, generando as¨ª sus masas, que hacen que sean como son. ?se es el origen de las masas en el Modelo Est¨¢ndar de las part¨ªculas elementales, que explica con ¨¦xito insoportable sus otras propiedades e interacciones no gravitatorias. Dije insoportable porque a los cient¨ªficos nos soliviantan m¨¢s las preguntas que las respuestas.

La substancia del vac¨ªo dar¨ªa as¨ª contestaci¨®n a dos muy candentes cuestiones de la f¨ªsica, una en el extremo de lo m¨¢s grande -el cosmos- y otra en el de lo m¨¢s diminuto, las part¨ªculas elementales que -por definici¨®n- son tan peque?as que, si tienen partes, no lo sabemos.

He empleado algunos condicionales porque no todo lo que he escrito est¨¢ ya probado observacionalmente de manera irrefutable. ?Por d¨®nde van hoy los tiros? Los cosm¨®logos tienen proyectadas muchas observaciones para averiguar si la expansi¨®n acelerada del universo se debe a la energ¨ªa del vac¨ªo, tal como la intuy¨® Einstein, o a algo que s¨®lo se le parece. Los particuleros est¨¢n poniendo en marcha el Large Hadron Collider (LHC) del CERN para, entre otras razones, estudiar el vac¨ªo a lo bestia: sacudi¨¦ndolo.

Al sacudir una substancia cualquiera, vibra. Las vibraciones de campos el¨¦ctricos y magn¨¦ticos, por ejemplo, son la luz. A un nivel elemental, las vibraciones son cuantos, entes que pueden comportarse como ondas (u olas) o como part¨ªculas (o canicas): fotones, en el caso de la luz. Si el vac¨ªo es una substancia, la podemos tambi¨¦n hacer vibrar. Basta sacudirla, como har¨¢ el LHC, con energ¨ªa suficiente como para transformar la energ¨ªa de sus colisiones en part¨ªculas de Higgs que, si existen, tienen una masa elevada... y E=mc2, alguien dijo.

La part¨ªcula de Higgs -el vacil¨®n, podr¨ªa decirse en castellano- es una vibraci¨®n del vac¨ªo, no en el vac¨ªo, como las dem¨¢s. Ser¨ªa, pues, lo nunca visto. A¨²n as¨ª, Higgs preferir¨ªa que no bautizasen a su part¨ªcula goddamned particle [part¨ªcula maldita] o God particle [part¨ªcula divina], adjetivos poco cient¨ªficos.

El vac¨ªo siempre fascin¨® a los f¨ªsicos. Hace un siglo se trataba del ¨¦ter, la interpretaci¨®n del vac¨ªo como la trama del espacio absoluto, que la teor¨ªa de la relatividad envi¨® al garete. El ¨¦ter no estaba apoyado por ninguna teor¨ªa decente. Un siglo despu¨¦s, las nuevas teor¨ªas del vac¨ªo son lo m¨¢s razonable y mejor comprobado que tenemos. Pero hay un peque?o gazapo en lo que he dicho. Creemos entender el Modelo Est¨¢ndar suficientemente bien como para estimar cu¨¢nto el campo de Higgs deber¨ªa de contribuir a la densidad de energ¨ªa del vac¨ªo observada por los cosm¨®logos. El resultado es unos 54 (?cincuenta y cuatro!) ¨®rdenes de magnitud superior a las observaciones. Tiene su m¨¦rito incurrir en tama?a contradicci¨®n.

Si investigamos es porque no sabemos la respuesta y la naturaleza, s¨ª: las cosas son como son. El vac¨ªo es lo que mejor no entendemos. Ni siquiera comprendemos a¨²n a fondo la diferencia -haberla hayla- entre el vac¨ªo y la nada.

?lvaro de R¨²jula es f¨ªsico te¨®rico del Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN).