Un detector del tama?o de una mano para saber qu¨¦ pas¨® tras el Big Bang

La teor¨ªa m¨¢s aceptada para explicar el origen del universo comienza con un punto diminuto e infinitamente denso hace 13.600 millones de a?os. De repente, por un motivo que se desconoce, ese punto comenz¨® a expandirse tan r¨¢pido que los extremos del universo se alejaron entre s¨ª a una velocidad mayor que la de la luz. Esa inflaci¨®n, que pese al disgusto de los f¨ªsicos se populariz¨® con el nombre de Big Bang, como si fuese un gran estallido, dej¨® una se?al observada por primera vez en 1965. Aquel a?o, Robert Wilson y Arno Penzias, dos f¨ªsicos que trabajaban en el desarrollo de una nueva antena para los Laboratorios Bell, en Nueva Jersey (EE UU), descubrieron una se?al de radio que llegaba desde todos los puntos del espacio. Era el fondo c¨®smico de microondas, una especie de eco radiactivo de aquella gran expansi¨®n inicial.

Aquella primera luz detectable por los telescopios humanos apareci¨® 300.000 a?os despu¨¦s del?estallido. Antes solo hay oscuridad, pero los cient¨ªficos llevan tiempo buscando formas de ir m¨¢s all¨¢. Uno de ellos es Luis Enrique Garc¨ªa Mu?oz, profesor de la Universidad Carlos III de Madrid. Apoyado por una de las Ayudas a la Investigaci¨®n de la Fundaci¨®n BBVA (las llamadas becas Leonardo para investigadores y creadores, que este a?o tienen abierto el plazo de inscripci¨®n hasta el 27 de abril), Garc¨ªa Mu?oz ha desarrollado un instrumento que puede ayudar a detectar ondas gravitacionales primigenias.

Este fen¨®meno consiste en una especie de ondulaciones provocadas por el Big Bang en el tejido del espacio tiempo que compone el cosmos. Si fuese posible detectarlas, ser¨ªa una manera de obtener informaci¨®n sobre lo que sucedi¨® en una etapa de la que no nos llega radiaci¨®n que observar con nuestros telescopios.

Hasta ahora, esas vibraciones parecidas a las ondas que provoca una piedra al caer a un estanque eran solo te¨®ricas. Eso cambi¨® en febrero del a?o pasado cuando los responsables del Observatorio de Interferometr¨ªa L¨¢ser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, anunciaron que hab¨ªan captado las ondas producidas por el choque de dos agujeros negros. Era la primera detecci¨®n directa que confirmaba la existencia de estas ondas que ya predec¨ªa la teor¨ªa de la Relatividad General de Albert Einstein.

Dos a?os antes, otro equipo de cient¨ªficos, utilizando informaci¨®n recogida por el telescopio del Polo Sur BICEP2, afirm¨® que hab¨ªa detectado ondas gravitacionales primordiales, una observaci¨®n que result¨® ser fruto de una mala interpretaci¨®n de los datos. La detecci¨®n de aquellas ondas, como en el caso del sistema de Garc¨ªa Mu?oz, no era directa como la de LIGO. La gravedad es, comparado con la nuclear o la electromagn¨¦tica, una fuerza d¨¦bil, y las ondas gravitacionales algo muy tenue que requiere detectores ultrasensibles y fen¨®menos ultraviolentos. LIGO y la fusi¨®n de dos agujeros negros cumpl¨ªan los requisitos.

La ausencia de ondas gravitacionales har¨ªa replantear las teor¨ªas en torno al Big Bang

En el caso de las ondas generadas tras el Big Bang, la detecci¨®n es indirecta. ¡°De haber existido, estas ondas gravitacionales primigenias deber¨ªan imprimir su huella en la radiaci¨®n del fondo c¨®smico de microondas, deber¨ªan polarizar la luz que recibimos¡±, explica Garc¨ªa Mu?oz. En principio, si no se hubiese visto afectada por una onda gravitacional, la polarizaci¨®n de la radiaci¨®n de fondo es lineal. ¡°Para explicarlo brevemente, vibrar¨ªa de arriba abajo¡±, se?ala. Si estuviese rotada, sin embargo, ¡°lo har¨ªa tambi¨¦n de derecha a izquierda¡± y ser¨ªa se?al de que se hab¨ªa visto afectada por una onda gravitacional. Esto ser¨ªa una prueba de peso sobre la validez de la teor¨ªa del Big Bang para explicar c¨®mo empez¨® todo.

Para realizar este tipo de mediciones es necesario contar fotones individuales, paquetes de luz en unas longitudes de onda muy grandes y con una energ¨ªa baja. Hacerlo requiere construir detectores en unas condiciones muy especiales, criogeniz¨¢ndolos hasta casi el cero absoluto. Los principales proyectos dise?ados para buscar estas ondas, Bicep 1, 2 y 3, est¨¢n situados en la Ant¨¢rtida. En Espa?a, lo est¨¢ intentando el proyecto Quijote, liderado por el Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias e instalado en el Observatorio del Teide. Estos observatorios requieren aparatos superconductores criogenizados y muy estables, que son muy sensibles y pueden introducir errores.

El aparato dise?ado por Garc¨ªa Mu?oz, en colaboraci¨®n con un grupo en el Max Planck Institute For the Science of Light (Erlangen, Alemania) , la Universidad de Otago en Nueva Zelanda y la Universidad Wright en EE UU evitar¨ªa estos problemas porque permite capturar esos fotones individuales a temperatura ambiente. ¡°As¨ª se simplificar¨ªa el receptor que tambi¨¦n ser¨ªa mucho m¨¢s barato¡±, afirma el ingeniero.?En este momento ya disponen de un prototipo de detector operativo en Nueva Zelanda, y han logrado demostrar que, seg¨²n lo esperado, permitir¨ªa detectar fotones individuales. Garc¨ªa Mu?oz quiere construir ahora otro prototipo de este peque?o dispositivo, del tama?o de una mano, que se acopla a los radiotelescopios. Su objetivo ser¨ªa instalarlo en el proyecto Quijote, en Canarias, y en el observatorio de Yebes, en Guadalajara.

Durante los pr¨®ximos a?os, cient¨ªficos de todo el mundo tratar¨¢n de averiguar si realmente existen aquellas ondas gravitacionales primigenias provocadas por el Big Bang. Si se encontrasen, ser¨ªa casi una confirmaci¨®n de que la teor¨ªa es correcta, pero si no fuese posible tambi¨¦n se tratar¨ªa de un resultado interesante. Posiblemente, har¨ªa replantear lo que creemos que sucedi¨® cuando el universo se infl¨®.