Columna de Astronomía | Los laboratorios que no se pueden tener en Tierra están en el cielo

La astronomía ocupa un lugar bastante especial, en lo que se refiere al método científico. Éste, siguiendo la exitosa tradición iniciada por Descartes, plantea la necesidad de realizar y repetir experimentos como el camino correcto para desarrollar las teorías científicas. Resulta que, en astronomía –a diferencia de, digamos, la química–, no es realmente posible "realizar experimentos" en el sentido más estricto del término, ya que nos resulta imposible manipular directamente los astros. Para establecer sus teorías, los astrónomos tenemos, en casi la totalidad de los casos, que contemplar y comparar las propiedades de los diferentes astros en el cielo, para así establecer en forma empírica las leyes que los rigen.

Por otro lado, hay procesos fundamentales en la naturaleza que ocurren en condiciones físicas muy extremas, imposibles de reproducir en laboratorio. Así, los interiores de las estrellas –donde tales condiciones muchas veces sí se verifican– pueden servirnos como verdaderos "laboratorios cósmicos". La idea por detrás de esto es que las leyes físicas en el corazón de los astros afectan, de manera predecible, sus propiedades observables. Por lo tanto, al observar cuidadosamente las estrellas, uno puede "darle vuelta al problema" e inferir, o al menos constreñir, las leyes de la física que rigen sus interiores.

Un ejemplo de ello es el descubrimiento de una "resonancia" (o nivel discreto de energía) en el núcleo de carbono-12. El astrofísico Fred Hoyle predijo, en base a la abundancia cósmica observada de carbono (¡que es lo suficientemente alta como para que existamos!), no solo que esa resonancia debería existir, sino también cuáles deberían ser sus propiedades cuánticas. Algunos años después, los físicos nucleares finalmente lograron realizar los experimentos en laboratorio que confirmaron exactamente lo que había predicho Hoyle al respecto.

Siguiendo el mismo tipo de lógica, nosotros aquí en la PUC, en la tesis de doctorado de Nicolás Viaux, utilizamos las propiedades observadas de algunas de las estrellas más viejas existentes en el universo –las que pertenecen a los llamados cúmulos globulares– para constreñir las propiedades de una de las partículas fundamentales de la naturaleza, el neutrino. Al hacerlo, logramos determinar una cota superior para una de las propiedades de esta partícula, el llamado momento magnético –un límite máximo unas cien veces menor de lo que logran los laboratorios en tierra. Tal estimación ingresó a las tablas del prestigioso Particle Physics Data Group, una especie de biblia de los parámetros físicos. De hecho, lo mismo lo hicimos también en el caso de una de las principales partículas candidatas a materia oscura, el llamado axión. Acotar el rango de los parámetros que definen tales partículas y así poder describirlas con más precisión es uno de los grandes objetivos de la física de partículas experimental.

Pero eso no significa que los laboratorios en tierra no pueden a veces ser incluso más útiles de lo que uno podría inicialmente imaginar. Por ejemplo, ante a la imposibilidad de manipular directamente los hoyos negros, a Jeff Steinhauer, un físico experimental del Instituto de Tecnología Technion, en Haifa, Israel, se le ocurrió la posibilidad de construir "hoyos negros artificiales" en el laboratorio, utilizando ondas de sonido. De esa manera, logró confirmar la famosa predicción hecha por Stephen Hawking hace décadas, de que los hoyos negros no son realmente "negros", sino que emiten un tipo de radiación –llamada justamente "radiación de Hawking"–.

Claramente, los laboratorios terrestres y sus pares celestes son ambos instrumentos valiosísimos en nuestra búsqueda por comprender los procesos más fundamentales que rigen el Universo.