El cosmos en una partícula de polvo

Desconocemos la inmensa mayoría de lo que conforma el universo. ¿Podemos especular sobre cómo sería la percepción humana de la materia oscura?

Estudiante de Abbot Academy usando un telescopio, 1940-1949

Estudiante de Abbot Academy usando un telescopio, 1940-1949 | The Trustees of Phillips Academy, Digital Commonwealth | CC BY-SA

Los nuevos avances científicos nos proporcionan un grado cada vez mayor de control. ¿Se instaurarán la neurona, el átomo, el ADN y el bit como base fundamental para la construcción de nuestros diseños? Aunque ¿podríamos ir un paso más adelante? Los astrónomos han llegado a la conclusión de que la materia que vemos y percibimos equivale únicamente a una fracción de lo que existe. La materia oscura, algo que desconocemos bastante, comprende al parecer 83 % de toda la materia del universo y, dentro de poco, podría unirse a esta conversación a modo de material, el siguiente con el que podríamos expandir nuestro ámbito de control.

«Queridos amigos de Radioactive, como físico teórico, hoy he hecho algo terrible: he introducido una nueva partícula que nadie será jamás capaz de ver.»

Wolfgang Pauli, años 1930

Se ha dicho que somos una fuerza geológica. Durante la corta historia de la humanidad hemos aprendido a transformar a nuestro antojo los materiales de la biosfera. Los especialistas han recibido la formación pertinente para transformar rocas en colinas cúbicas aptas para ser habitadas. Las tecnologías de la comunicación han contribuido asimismo a la formación de nuevos paisajes en la superfície de nuestro planeta. Recientes intentos científicos han buscado la manera de desarrollar métodos de diseño y herramientas con el fin de lograr un entorno de bioingeniería integrada; la biología sintética promete llegar a ser el terreno propicio para un proceso gradual y evolutivo de integración con la naturaleza. Estamos preparados para diseñar la materia propiamente dicha. No obstante, según la astrofísica, dicha materia y cualquier otra que sea visible en nuestro inmenso universo representa apenas un 4 % de toda la existente. El resto permanece oculto a nuestra vista y, en realidad, es lo que damos en llamar materia oscura.

Cabe preguntarse si los diseñadores podrían ser capaces de explorar maneras para comprender e interactuar con la materia oscura. ¿Hasta qué punto es posible modificar la materia visible e incluso abordar retos inalcanzables dentro de nuestro actual modelo de producción? Aunque pueda parecer audaz, encararse a la materia oscura es una hipótesis real y especular sobre su potencial con respecto al diseño podría desentrañar sus confines y realidades sucesivas. A fín de cuentas, nadie tomó demasiado en serio a Fritz Zwicky cuando inicialmente sugirió, en los años 1930, la posible existencia de la materia oscura.

Los ingenieros que se relacionan con la biología y los diseñadores que exploran materiales futuros existen en realidad, y no son fruto de la especulación. La existencia de fronteras del diseño ha sido posible gracias a la confluencia de los avances técnicos y de la creciente colaboración entre áreas diversas de conocimiento. En la actualidad, se prueban productos de bioingeniería en laboratorios porque los diseñadores se han acostumbrado gradualmente a interactuar e intercambiar ideas con biólogos, científicos de la materia, ingenieros biólogicos y bio programadores.

Hemos llegado a un punto donde podemos manipular aquello de lo que está hecha la propia vida: la célula. Esté formada por moléculas de átomos unidas por energía y seguidamente desglosada en configuraciones de protones, neutrones y electrones, la materia viva está compuesta de los mismos elementos químicos que la inerte; a nivel macroscópico, todas obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Los astrónomos se refieren a la misma como «materia bariónica». El hecho de investigar la materia oscura significa un acercamiento al prácticamente desconocido mundo de la «materia no bariónica».

Imagen del Hubble Space Telescope mostrando el clúster de galaxias MACS0416 (izquierda), y la misma imagen (derecha), en azul, de la distribución de la materia oscura sobreimpuesta. Exploraciones a cargo de Priyamvada Natarajan y de su equipo, que estudia la distorsión de la luz a partir de galaxias remotas.

Imagen del Hubble Space Telescope mostrando el clúster de galaxias MACS0416 (izquierda), y la misma imagen (derecha), en azul, de la distribución de la materia oscura sobreimpuesta. Exploraciones a cargo de Priyamvada Natarajan y de su equipo, que estudia la distorsión de la luz a partir de galaxias remotas | ESA/Hubble | Dominio público

Materia oscura como regla del Cosmos

«Habitamos un universo peculiar. El inventario de nuestro universo es muy extraño. Gran parte de lo que conocemos no es más que una minúscula fracción del universo; conocemos un 4 o 5 % de materia, de átomos, de elementos que están en la tabla periódica. La inmensa mayoría de lo que conforma el universo –ya sea materia oscura o energía oscura que domina el universo–, su destino y su contenido, se desconocen. Soy algo comedida cuando digo que estamos buscando una brecha porque en realidad lo que esperamos es algun tipo de revolución aunque nadie sepa cóomo precisar los inicios de las revoluciones.»

Principalmente, el cosmos está formado por energía oscura y materia oscura. Aunque sea prácticamente imperceptible, se cree que la materia oscura constituye aproximadamente el 83 % de toda la materia del universo. La materia oscura unifica, genera fuerza de gravedad e incluso sugiere nuevas especies de partículas. Para comprender las estructuras más grandes del cosmos deberíamos entender la estructura de sus partículas más pequeñas, desplazándonos del espacio exterior hacia el interior, a modo de aquel viaje que sugería Eames en su cortometraje Powers of 10. Aunque gran parte de la materia del universo sea oscura, solo percibimos sus efectos gravitatorios. Tal como entendemos la materia, se trata meramente de una efímera red de hilos que conectan los clústeres de materia oscura. La materia oscura se acumula en sus entresijos y así se forman las galaxias.

Nadie sabe a ciencia cierta de qué está compuesta la materia oscura. La hipótesis de The Cold Dark Matter propugna que se trata de «partículas masivas débilmente interactuantes» (WIMPs en inglés, de Weakly Interacting Massive Particles), porque pueden atravesar materia ordinaria sin efecto alguno a pesar de tener masa. Se ha sugerido algunos WIMPs hipotéticos entre los cuales se incluyen los neutrinos, axiones y neutralinos. Un neutrino es una partícula elemental sin carga eléctrica capaz de atravesar materia ordinaria sin experimentar prácticamente ninguna alteración. Los neutrinos disponen de una masa minúscula pero no nula. Los axiones son partículas con un mínimo de masa que se habrían producido en abundancia durante el Big Bang. Han sido propuestos para explicar la neutralidad eléctrica del neutrón.Los neutralinos son partículas masivas –posiblemente tienen de 30 hasta 5.000 veces la masa de un protón.

Los científicos ya han empezado a explorar la aparición de estas partículas, tanto en el subsuelo como en el espacio exterior. Un buen ejemplo de ello es la actividad desarrollada por el CERN, laboratorio de física de partículas, situado en el noroeste de Ginebra, en la frontera franco-suiza, con el túnel subterráneo Large Hadron Collider, a cien metros de profundidad, en la región que hay entre el aeropuerto de esta ciudad y las cercanas montañas del Jura.

Existe por otra parte el Lake Baikal Neutrino Telescope para llevar a cabo la investigación de neutrinos en aguas profundas. The IceCube Neutrino Observatory es el mayor telescopio de neutrinos del mundo, situado en el punto más meridional de la Tierra, donde un equipo de investigadores pioneros han enterrado miles de sensores en el hielo, a muchas millas de profundidad, con la esperanza de poder capturar un neutrino atípico, procedente de fuentes atmosféricas y astrofísicas, en el momento de estallar en átomos de hielo.

Recientes propuestas teóricas y experimentales reflejan la existencia de indicios interesantes: un físico norteamericano ha calculado que la materia oscura podría surgir en una simple teoría cuántica generalizada sobre la gravedad. Otras teorías como la de Maxim Pospelov, postulan estructuras como burbujas llamadas «muros de dominio» que se podrían detectar con una red de magnetómetros situada estratégicamente alrededor del mundo. La catedrática Priyamvada Natarajan explora y mapea la materia oscura para averiguar su distribución espacial en el universo mediante lentes gravitacionales (curvatura de la luz por la materia oscura) y apunta que existen zonas con mayor acumulación de materia oscura. Kathryn Zurek y Dan McKinsey del Berkeley Lab y UC Berkeley están llevando a cabo nuevos experimentos utilizando helio líquido y cristales de arseniuro de galio con objeto de detectar trazas de materia oscura de masa baja en gamas de partículas de masa y de energía que hasta la fecha no habían sido exploradas. De encontrarse nuevos métodos de observación, de simulación o de especulación acerca de la materia oscura, sería conveniente invitar la participación de otras disciplinas, incluyendo el arte y el diseño, cuya contribución podría significar la aportación de ideas inesperadas acerca de lo que debería buscarse y en qué ubicaciones.

El detector antineutrinos de Daya Bay

El detector antineutrinos de Daya Bay | Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory | Dominio público

Diseñar con materia oscura

¿Es posible diseñar con materia oscura? ¿Es posible interactuar e incluso manipular lo que no podemos ver? Si en efecto estamos alcanzando los límites de la sensibilidad con nuestros experimentos, es posible que debamos empezar por diseñar herramientas de una percepción más amplia. El artista Neil Harbisson ya ha señalado nuevas maneras que permiten ampliar la percepción: Harbisson lleva colocado un artilugio que le permite escuchar los colores. Si seguimos la sugerencia de Maxim Pospelov, podríamos empezar por hacernos con dispositivos capaces de expandir nuestro campo de percepción del espectro de la materia. En Planetary Echoes, Lukas Feireiss y Michael Najjar sugieren que imaginar a los seres humanos como especies multiplanetarias ya no se trata de una mera fantasía y han efectuado una serie de intentos para conectar la investigación artística con las ciencias teóricas abstractas. Podemos, asimismo, especular sobre cómo sería la percepción humana de la materia oscura.

Posiblemente se precisaría de una plataforma abierta de investigación que uniera todos los esfuerzos efectuados individualmente por cada disciplina. Podría establecerse una serie de talleres transdisciplinarios y espacios que aprovecharan las nuevas formas de fabricación ya existentes y que se practican en laboratorios de biología comunitarios como GenSpace o bioCurious. CERN ya aloja el programa Arts at CERN que fomenta el diálogo entre artistas y físicos. Esta nueva experiencia colectiva, creativa e innovadora podría imaginar nuevos adminículos que permitieran experimentar con la materia a nivel cuántico, desde biolasers cuánticos hasta maquetas de nuevas estaciones interestelares construidas con materiales sin carbono y desplazamiento cuántico mediante teletransportación. Tales laboratorios podrían indagar sobre cómo habitar planetas distantes como formas en desarrollo de cyborgs humanos adaptados a tales condiciones.

La teoría de la mecánica cuántica postula que la encrucijada entre la física y la consciencia a niveles atómicos puede aplicarse a todo, incluso al universo entero. Cabe la posibilidad de que nuevos artilugios aun no imaginados y creados colectivamente, pudieran llevarnos a percibir y manipular neutrinos y otras partículas subatómicas y, a partir de allí, empezar a programar átomos del mismo modo que en la actualidad se programan las células. Podríamos así movernos a través de agujeros espacio-temporales excavados en la materia oscura que circula por estados enmarañados en compañía del gato de Schrödinger.

Una versión anterior de este post apareció originalmente en: César Reyes Nájera y Ethel Baraona Pohl. «On the Surface of a Dust Particle».Volume 35 Everything Under Control. Archis Foundation, Amsterdam, 2013.

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