Los físicos acarician el sueño de una teoría que unifique gravedad y mecánica cuántica

Los astrofísicos llevaban décadas esperando este momento y los datos han llegado desde el radiotelescopio BICEP2 en el Polo Sur. Un equipo del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, en EE UU, anuncia hoy tres grandes descubrimientos relacionados: la primera prueba directa de que existen las ondas gravitacionales predichas por Einstein, la ansiada evidencia de la inflación cósmica y la apertura de una vía para unificar las fuerzas fundamentales de la naturaleza y la gravedad cuántica.

Hace casi 14 mil millones de años, nuestro universo irrumpió con una 'chispa' extraordinaria que inició el Big Bang. En la primera y fugaz fracción de un segundo, el universo se expandió de forma exponencial, extendiéndose mucho más allá de lo que alcanzan a ver los mejores telescopios. Hasta la fecha todo esto era la teoría.

Pero ahora, investigadores de la colaboración BICEP2, con datos de un telescopio del mismo nombre situado en el Polo Sur, anuncia la primera evidencia directa de esta inflación cósmica. Sus datos también representan las primeras imágenes de las ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo. Estas ondas se han descrito como los "primeros temblores del Big Bang".

Además, los datos también confirman una profunda conexión entre la mecánica cuántica y la relatividad general. Si se confirman todos estos descubrimientos, se abrirá un nuevo capítulo en la astronomía, la cosmología y la física.

"La detección de esta señal es una de las metas más importantes de la cosmología actual", destaca John Kovac, investigador del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, desde donde se ha hecho el anuncio, y líder de la colaboración BICEP2.

Los resultados revolucionarios proceden de las observaciones efectuadas por el telescopio BICEP2 del fondo cósmico de microondas, el débil resplandor que dejó el Big Bang. Pequeñas fluctuaciones en este resplandor proporcionan pistas sobre las condiciones del universo temprano. Por ejemplo, las pequeñas diferencias en la temperatura a través del mapa del cielo muestran qué partes del universo eran más densas y, finalmente, se podían condensar en galaxias y cúmulos galácticos.

Dado que el fondo cósmico de microondas es una forma de luz, exhibe todas las propiedades de esta, incluida la polarización. Igual que en la Tierra la luz solar es dispersada por la atmósfera y se polariza, en el espacio el fondo cósmico de microondas fue dispersado por los átomos y los electrones, y se polarizó también.

"Nuestro equipo cazó un tipo especial de polarización llamada 'modos B', lo que representa un patrón ondulado o 'rizo' en las orientaciones de polarización de la luz antigua", explica el también responsable del grupo, Jamie Bock, de la institución Caltech-JPL.

Las ondas gravitacionales comprimen el espacio a medida que viajan y esta compresión produce un patrón distinto en el fondo cósmico de microondas. Estas ondas tienen una ‘lateralidad’, al igual que las ondas de luz, y pueden presentar polarizaciones diestras y zurdas.

"El patrón de modo B es una firma única de las ondas gravitacionales debido a su lateralidad. Esta es la primera imagen directa de ondas gravitacionales en el cielo primordial", dice otro colíder, Chao -Lin Kuo, de Stanford-SLAC.

El equipo examinó las escalas espaciales en el cielo abarcando aproximadamente de uno a cinco grados (dos a diez veces el ancho de la Luna llena) . Para hacer esto, viajaron al Polo Sur para aprovechar su aire frío y seco y estable.

"El Polo Sur es el más cercano desde donde se puede llegar al espacio y aun así estar en el suelo", comenta Kovac. "Es uno de los lugares más secos y más claros en la Tierra, por lo que es ideal para la observación de las microondas débiles del Big Bang".

Los científicos se sorprendieron al detectar una señal de polarización modo B considerablemente más fuerte que la que muchos cosmólogos esperaban. El equipo analizó sus datos durante más de tres años para descartar cualquier error. También descartaron que la presencia de polvo en nuestra galaxia pudiera haber producido el patrón observado, algo "altamente improbable".

"Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar nos hemos encontrado con una barra de hierro", bromea el investigador de la Universidad de Minnesota Clem Pryke, otro de los coordinadores del trabajo.

El teórico Avi Loeb de Harvard valora el descubrimiento: "Este trabajo ofrece nuevas pistas sobre algunas de nuestras preguntas más básicas: ¿Por qué existimos? ¿Cómo empezó el universo? Estos resultados no solo son una 'pistola humeante' para la inflación, sino que también nos dicen que la inflación tuvo lugar y lo poderoso que fue el proceso".

Desde el anuncio de esta noticia, físicos de todo el mundo están deseando que los resultados, que aún no han sido publicados en una revista científica, se confirmen en observaciones independientes.