¿Cómo se prueba la existencia de partículas inconmensurables? “No se detectan las partículas en sí, sino su influencia en sistemas más grandes, en este caso los agujeros negros”, afirma Giovanni Maria Tomaselli (27). El mes pasado recibió su doctorado en la Universidad de Amsterdam. El campo de investigación de Tomaselli se encuentra en la frontera de la física conocida. “El ‘modelo estándar’ de la física no está completo; varias teorías apuntan a la existencia de partículas aún no probadas”. Su interacción con las partículas que nos componen, afirma, es tan débil que son difíciles de detectar.
Las investigaciones de Tomaselli se centraron en la posible existencia de una de esas partículas, el axión. Estas partículas quedan fuera del modelo estándar y apenas contienen masa. Describe cómo se puede demostrar la existencia de los axiones basándose en su influencia mensurable en los agujeros negros, que, según Tomaselli, son “los cuerpos celestes más locos que se pueden tener”.
Cuando era niño, Tomaselli devoraba enciclopedias de física y tenía predilección por las matemáticas. “Para estudiar física hay que tener habilidad para las matemáticas”, afirma. “La fascinación no es suficiente. Los temas de física son interesantes para muchas personas, pero la mayoría no está dispuesta a profundizar en las matemáticas”.
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El comportamiento de los agujeros negros.
Tomaselli creció en Benevento, en el sur de Italia, y estudió en la Scuola Normale Superiore de Pisa. Aunque en Italia “se siente como en casa”, optó por realizar un doctorado en Amsterdam después de una conversación con un profesor de la ciudad. Tema: agujeros negros. Para esto “locoTomaselli tiene un interés especial por los cuerpos celestes. Pero ¿qué son exactamente los agujeros negros?
“Los cuerpos celestes como el Sol y la Tierra tienen una cierta densidad de masa. Cuanto mayor es la densidad, mayor es la gravedad. Sin la resistencia de otras fuerzas, como la fusión nuclear en el Sol, estas masas se comprimirían hasta alcanzar su forma más pequeña posible: es decir, un agujero negro”. Por tanto, los agujeros negros no tienen por qué ser tan grandes como los planetas, como se ve en películas de ciencia ficción como Interestelar. También pueden ser del tamaño de una ciudad. Tomaselli: “Cuando la masa se condensa en un agujero negro, distorsiona el espacio-tiempo de tal manera que nada dentro de este diámetro escapa, ni siquiera la luz. En el fondo de esto, las leyes conocidas de la naturaleza no se aplican, todo se comporta de manera diferente, esto se llama singularidad”.
Pero fuera de ese núcleo, los agujeros negros se comportan según la física conocida y, por tanto, su efecto es predecible. Tomaselli usa esto para predecir la existencia del axión. “Si esta partícula existe”, explica, “entonces tiene una influencia predecible en el comportamiento de los agujeros negros, y este comportamiento es mensurable”.
Observó la influencia que los axiones deben tener en binario agujeros negros, o dos agujeros negros que giran uno alrededor del otro como una especie de símbolo del yin-yang. En última instancia, esta espiral resulta en una colisión de los dos. Esto crea ondas gravitacionales que pueden detectarse en la Tierra. “Sabemos que si existen axiones, influyen en la forma en que dos agujeros negros giran uno alrededor del otro. Mi investigación desarrolla el escenario en el que las ondas gravitacionales se forman con una interacción de axiones. Este escenario difiere de la situación sin axiones. Si las observaciones coinciden con el escenario de los axiones, entonces esto prueba la existencia de los axiones”.
Si existen axiones, explica, deberían aparecer como una nube alrededor de los agujeros negros, la llamada nube de bosones. Los bosones son la categoría de partículas en las que caería el axión. Lo típico de algunos bosones es que facilitan o transportan fuerzas. Por ejemplo, los fotones transportan luz y los gluones mantienen unidos a los átomos mediante la llamada “fuerza nuclear fuerte”, pero no es tan simple como esto, dice Tomaselli. “Por ejemplo, el bosón axión no participa en ninguna fuerza. Es difícil explicar exactamente qué son los bosones”. Lo que sí sabe es que el axión está implicado en los agujeros negros: “Los agujeros negros son conocidos por tragarse todo lo que se les acerca demasiado, pero esto no es del todo cierto. También producen partículas, y creemos que esto incluye axiones. Es por eso que las nubes de axiones de bosones se forman naturalmente alrededor de un agujero negro”.
Un amor por la enseñanza.
La explicación de Tomaselli demuestra que él también tiene un amor creciente por la enseñanza. “Me gusta investigar lo desconocido, en los límites de la ciencia conocida, pero también disfruto discutir y comunicar la ciencia conocida”.
Este entusiasmo es evidente en la forma en que explica. Habla de todo tipo de conceptos que suenan extraños y que influyen en su investigación, como por ejemplo “átomos gravitacionales” y “superradiación”. Para el profano, estos fenómenos suenan tan maravillosos como incomprensibles, hasta que Tomaselli los explica.
Con su nuevo puesto en el Instituto de Estudios Avanzados de EE. UU., puede dedicarse plenamente a la ciencia. Albert Einstein, entre otros, realizó aquí investigaciones durante años. Esto lo convierte en un lugar inspirador, afirma Tomaselli. “Quiero explorar temas diferentes aquí que en Ámsterdam, y el hecho de poder hacerlo en este lugar es extremadamente motivador”.
Queda por ver qué mostrarán las mediciones de ondas gravitacionales sobre los axiones en el futuro. Hasta entonces, la tesis de Tomaselli sigue siendo un trabajo teórico sólido.
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