¿De qué está hecho el universo y cuál será su futuro?

Resumen de dos acrículos publicados en el diario The Conversation. Para más información, ir a las dos fuentes originales, ambas en español.

• En el primero de los artículos se resume con mucha claridad la estructura subatómica de nuestro universo. /The Conversation/2022/05/10.

Conocerlos de qué está compuesto el universo es el objetivo de la física de partículas. Estos “ladrillos” son las partículas elementales. ELa teoría del Modelo Estándar. Las partículas de materia están organizadas en tres familias. La primera familia está compuesta por partículas estables: el electrón, los quarks “up” y “down” que forman los protones y neutrones de los núcleos atómicos, y el neutrino electrónico. Es decir, las partículas de esta familia conforma la materia que conocemos a nuestro alrededor.Las partículas de las otras dos familias son copias “idénticas” a las de la primera, pero más pesadas e inestables, y además se “convierten” rápidamente en partículas de la primera familia , por lo ur son difíciles de encontrar en la naturaleza.

Cada una de estas partículas tiene además su equivalente antipartícula, idéntica pero de carga opuesta. Por ejemplo, la antipartícula del electrón de carga eléctrica negativa es el llamado positrón de carga positiva. Incluso se ha creado ya el átomo más sencillo de anti-Hidrógeno con antipartículas. Por todo ello, no se descarta que halla un universo de antimateria, opuesto al nuestro. Es más, hoy día se sabe que, si juntamos materia y antimateria, desaparecen ambas generando una inmensa cantidad de energía. El conocido Big Bang sería el proceso inverso.

Se piensa que la matería ha sobrevivido gracias a fuerzas que la mantienen unida. Aquí es donde entran en juego las últimas partículas, que en este caso están ligadas a fuerzas: l fotón para la fuerza electromagnética que mantiene unidos los electrones al núcleo de los átomos; los bosones W y Z para la fuerza débil responsable de la radiactividad o de alimentar al sol; y el gluón, el portador de la fuerza fuerte que une a los quarks dentro de los protones y neutrones, permitiendo también que estos se mantengan unidos en el núcleo atómico. Por su parte, el hipotético gravitón, correspondiente a la fuerza de la gravedad, no se ha encontrado hasta ahora. Finalmente, el bosón de Higgs es la excitación cuántica de su campo cuántico, el campo de Higgs. Este campo impregna el universo entero, creando una especie de viscosidad del vacío. Al interaccionar las partículas con este campo, se vuelven más lentas y más pesadas. Si las partículas no interaccionan, no tienen masa, como sería el caso de los fotones de la luz.A mayor fuerza de interacción, más masiva es la partícula. Así es cómo adquieren su masa las partículas elementales. Así se crearon las diferentes partículas eecon masa.

Lo que no se explica aún es por qué los neutrinos tienen masa, aunque sea muy pequeña, porque sólo interaccionan con la fuerza nuclear débil. La siguiente imagen es la que mejor representa el mundo subatómico:

https://www.i-cpan.es/es/content/el-modelo-est%C3%A1ndar-de-la-f%C3%ADsica-de-part%C3%ADculas

• El destino del universo está en manos de la energía oscura. El modelo estándar de la física de partículas sólo explica un 5 % del contenido del universo. El restante 95 % está formado por dos entes exóticos cuya naturaleza física sigue siendo misteriosa. Se trata de la materia oscura (25 % del contenido del universo) y de la energía oscura (70 %). Ésta última es la responsable de que el universo siga expandiéndose, a pesar del efecto atractivo de la gravedad.Al mismo tiempo, suponemos que la energía oscura es un ente tan extraño que su densidad se mantiene constante (¿es la constante cosmológica?) o casi constante (si fuese otra cosa) con la expansión. Por lo tanto, dominará la densidad del universo cada vez más en el futuro. Al final, ocurrirá la muerte térmica, es decir, todos los objetos desaparecerán para dejar solo un gas diluido de fotones con energía muy pequeña. /The Conversation/2024/02/14.