Capítulo 3: ¿Qué son la materia y la energía oscuras?

¿Qué son la materia

y la energía oscuras?

 El universo y nosotros mismos estamos hechos de materia y energía. Según descubrió Albert Einstein, en verdad la materia solo es un tipo de energía especialmente concentrada, lo cual quedó expresado en la ecuación más famosa de la historia de la ciencia:

 E = m·c²

 En ella, "E" es la energía, "m" la masa y "c" la velocidad de la luz (≈ 300.000 kilómetros por segundo). En otras palabras, en un solo gramo de materia hay almacenada una cantidad ingente de energía. Transformar una en otra es lo que hace que las centrales nucleares funcionen o que el Sol brille.

 Nuestros cuerpos, y todo lo que podemos ver y tocar, está compuesto de un tipo especial de materia comúnmente llamada "bariónica" (véase capítulo 2).

 Resumiéndolo mucho, estamos construidos a base de átomos, dentro de los cuales conviven distintas partículas subatómicas, en esencia un núcleo positivo formado por protones y neutrones junto con una capa exterior de negativos electrones que orbitan alrededor. De las propiedades de las partículas y sus interacciones, derivan todos los fenómenos que damos por supuestos en nuestra vida corriente. Por ejemplo, gracias a la repulsión eléctrica entre los electrones los átomos no se atraviesan unos a otros y existen objetos sólidos como el suelo que pisamos o nosotros mismos (cargas de idéntico signo se repelen). 

 La nube de electrones con carga eléctrica negativa que rodea los átomos (esferas rojas en la imagen) hace que estos nunca puedan estar en contacto directo unos con otros, y menos atravesarse, gracias a la repulsión eléctrica. Ello proporciona consistencia a la materia ordinaria y evita que sea etérea como un fantasma. Cortesía de la interacción electromagnética. Fuente.

 Ello se lo debemos a la "interacción electromagnética", una de las cuatro interacciones fundamentales que rigen el universo. Por su parte la "interacción nuclear fuerte" mantiene unidos a los protones y neutrones del núcleo atómico impidiendo que la repulsión eléctrica lo haga estallar, mientras que la "interacción nuclear débil" configura la existencia de las partículas subatómicas de un modo que me temo no tenemos tiempo de estudiar aquí. Finalmente la misteriosa "interacción gravitatoria" nos mantiene a todos pegados a la superficie de nuestro planeta (para más información sobre las mencionadas cuatro interacciones fundamentales, véase el capítulo 2).

 Sin embargo, la materia bariónica, nuestra materia, solo representa un 4% del contenido total de materia y energía del universo. Hay otro 23 % también en forma de materia, aunque no la podemos ver directamente, a pesar de que está a nuestro alrededor, por todos lados. Admitiendo nuestra total ignorancia sobre qué demonios es, se la ha llamado "materia oscura". Y sin embargo aún queda un 73% restante, presente como una energía desconocida... la "energía oscura". En unas pocas décadas hemos pasado de creer que empezábamos a tener mapeado el universo, a descubrir que en realidad no sabemos casi nada sobre el 96% de la materia y energía que lo forman. Más la incertidumbre y el misterio son el combustible que mueve a la ciencia y la impulsa a seguir hacia adelante, en busca de nuevas fronteras que explorar. Y ahora tiene muchas.

 Puede que el lector se esté preguntando, ¿si la materia oscura es invisible a nuestros ojos y a nuestros aparatos detectores? ¿cómo sabemos que está ahí? ¿cómo podemos conocer su cantidad exacta e incluso su posición? Pues, tomando un ejemplo de la vida cotidiana, del mismo modo que usted podría atrapar a un hombre invisible en mitad de un campo cubierto por la nieve: buscando y siguiendo las huellas de sus botas (es muy posible que alguna vez se haya visto en esa problemática situación).





 Típicas huellas de un hombre invisible en la nieve, gracias a las cuales se le puede seguir el rastro e incluso averiguar cuanto pesa, si está herido, lo rápido que avanza, etc. Lo mismo han hecho los astrofísicos con las huellas de la materia oscura en el universo.





 Cuando los astrónomos empezaron a observar el universo con precisión y a tomar medidas acerca del movimiento de estrellas y galaxias, hubo cosas que no les encajaron. Se encontraron con datos extraños, cabos sueltos que les llevaron a realizar un perturbador descubrimiento.

 Pensad por un momento en el Sol, que tan débilmente nos ilumina y calienta en estas fechas. El Sol no está quieto, sino que en realidad orbita alrededor del núcleo de nuestra galaxia (el cual se halla presidido por un colosal agujero negro, pero esa es otra historia). El astro rey completa una órbita alrededor del núcleo a lo largo de unos 225 - 250 millones de años, a lo que llamamos "año galáctico". En concreto el Sol cuenta ya con 20 años galácticos, es decir, ha dado 20 vueltas a lo largo del disco de la Vía Láctea, entrando y saliendo de brazos espirales, pasando a través de nubes de gas y polvo interestelares, siendo amenazado por explosiones supernova, esquivando agujeros negros, etc. Es todo un aventurero.

Órbita galáctica del Sol. Las coordenadas de longitud galáctica, medidas en 360º, se nombran según las distintas constelaciones a las cuales apuntan desde nuestra perspectiva. Los brazos espirales aparecen indicados con colores, así como la barra galáctica central y el núcleo, a través de los cuales difícilmente podemos ver y que proyectan una sombra en nuestro ángulo de visión, que también se indica. La órbita del Sol está señalada en amarillo. Las distancias se expresan en años luz (ly) y kiloparsecs (kpc). Fuente.

 La gravedad de la galaxia mantiene unidas a todas las estrellas que la componen, y su fuerza depende de la masa galáctica, es decir, de la suma de las masas de todas sus estrellas, gas interestelar, etc. Al igual que ocurre en nuestro sistema solar, es de esperar que cuanto más lejos del centro orbite una estrella, menor sea su velocidad, pues de lo contrario no habría gravedad suficiente como para detenerla y hace tiempo que habría salido despedida al espacio intergaláctico. Imagine que usted estuviera montado en un tío vivo y este empezara a girar demasiado deprisa; terminaría por salir volando hacia fuera. Tras años de meticulosas observaciones, los astrónomos consiguieron calcular la masa de la galaxia, y gracias a ello pudieron predecir las velocidades orbitales de sus estrellas en función de si estaban más cerca o más lejos del centro. Hasta ahí bien, excepto por un pequeño detalle: las velocidades reales de las estrellas más exteriores eran muy superiores a lo esperado; según lo que conocemos de las leyes de la gravedad, deberían de haber sido arrojadas muy lejos de la Vía Láctea, pero en lugar de ello siguen ahí, girando como nosotros. Pronto se vio que lo mismo ocurría en el resto de galaxias que se estudiaron.

La línea azul de puntos muestra la relación esperada entre velocidad y distancia en la rotación de las estrellas alrededor de una galaxia espiral típica como la nuestra; la línea roja muestra los datos reales obtenidos. La presencia de una ingente cantidad de "materia oscura" explicaría los resultados, o eso o todo lo que sabemos de la gravedad está mal. Fuente.

 Solo había dos posibles soluciones: o bien los señores Isaac Newton y Albert Einstein se equivocaron y la teoría de la gravedad con la que trabajamos es errónea, o bien hay una gran cantidad de materia que no vemos y cuya masa genera la gravedad necesaria para mantener unidas a todas las estrellas aunque sus velocidades de rotación sean elevadas. Fue un dilema muy grave que dividió a la comunidad científica. Por un lado, la actual teoría de la gravedad está muy bien asentada, ha sido probada un sinnúmero veces y es difícil echarla abajo así sin más. Por otro lado, sacarse de la manga un nuevo tipo de materia que no podemos ver y que llena e incluso rodea a toda nuestra galaxia es igualmente difícil de aceptar.

 No obstante, la rotación de las estrellas dentro de las galaxias no es la única prueba de que algo extraño ocurre. En 1933 un científico búlgaro llamado Fritz Zwicky se percató de que las galaxias se movían anormalmente rápido dentro de los cúmulos en los cuales se agrupan. Y sin embargo,  esos cúmulos se mantienen misteriosamente cohesionados. Él ya advirtió que muy probablemente una fuente desconocida y oculta de materia debía de aportar la masa necesaria para que la gravedad pudiera mantener unidas a todas las galaxias. Durante décadas nadie le hizo caso, hasta que las observaciones sobre velocidades de estrellas y galaxias fueron acumulándose y muy a su pesar a la comunidad científica no le quedó más remedio que tomarse el problema en serio.

 Fijémonos en un cúmulo de galaxias cualquiera, el Cúmulo Coma. En él, la mayor parte de la materia ordinaria (bariónica) se haya presente en forma de gas caliente intergaláctico (principalmente hidrógeno), que emite una firma inequívoca a base de rayos X que lo delata. El resto, un porcentaje muy menor, se debe a las propias galaxias. Las proporciones aproximadas son:

7 % de galaxias, que detectamos en luz visible.

93 % de gas caliente, que detectamos en rayos X.

Cúmulo de Coma (en luz visible), formado por más de mil galaxias, gas caliente intergaláctico y... mucha materia oscura. Fuente.

 No obstante, incluso contando con el gas la gravedad provocada por toda esa masa no es suficiente como para retener a las galaxias, que zumban unas alrededor de las otras a considerable velocidad, como si fueran un enjambre de abejas enloquecidas. Y sin embargo, las galaxias siguen unidas. 

 Llegados a este punto nos toca subir las apuestas, ya que la gravedad provoca también otros efectos, efectos muy desconcertantes.

 Gracias a Albert Einstein sabemos que aquello que llamamos gravedad es en realidad una deformación del espacio-tiempo. Imaginen que arrojan una bola de bowling sobre un colchón: obviamente el colchón se aplastará y combará bajo su peso. Pues el mismo efecto lo causan las grandes masas sobre el tejido espacio-temporal del universo, hacen que se doble. Literalmente, nos vemos atraídos por la Tierra debido a que "caemos" en su pozo gravitacional, e igual la Tierra con el Sol, el Sol con la Vía Láctea, etc.

El sistema Tierra & Luna deformando el espacio-tiempo debido a su masa. Fuente.

 Esto puede parecer una locura, pero tenemos pruebas aplastantes que lo demuestran (nunca mejor dicho). Por ejemplo, un rayo de luz que pase cerca de una gran masa verá modificada su trayectoria por culpa de la deformación del espacio y del tiempo que la gravedad de esta provoca. Y así es, en eclipses totales de Sol, se ha comprobado como la posición aparente de las estrellas cercanas cambia, debido a que la gran masa solar afecta y desvía a la luz que nos llega de ellas. Incluso se pueden llegar a ver por unos momentos estrellas que... ¡están detrás del Sol!

El círculo azul representa a una estrella cualquiera, el círculo amarillo al Sol y el rojo a la Tierra. La línea de puntos marca la luz de la estrella que viaja y llega hasta nosotros en la Tierra. Al pasar por el medio, la gravedad del Sol desvía la trayectoria de la luz y hace que observemos a la estrella en un sitio distinto del cielo del que realmente ocupa. De este modo podemos ver a una estrella aún cuando esta se halla detrás del Sol. Fuente.

 Lo que ocurre con el Sol, sucede a una escala increíblemente mayor con las galaxias. Una galaxia muy masiva puede generar un efecto lente y ampliar, distorsionar o incluso dividir la imagen de las galaxias más lejanas que quedan detrás de ella.

La distorsión espacio - temporal de una galaxia cercana puede afectar a la de otra galaxia más lejana, doblándola e incluso duplicándola. Fuente.

 Los resultados, que han podido ser observados gracias a potentes telescopios, son espectaculares. Aquí les dejo un ejemplo:

Las manchas azules, algunas de las cuales he señalado con flechas, son la imagen dividida y distorsionada de una galaxia que se encuentra detrás. Fuente.

 Pues bien, los cúmulos galácticos como el de Coma distorsionan enormemente el espacio - tiempo, más, mucho más de lo que deberían si solo estuvieran conformados por materia ordinaria. He ahí una evidencia directa de la materia oscura. Gracias a su efecto sobre la gravedad, se puede no solo saber cuanta hay sino además donde está. Curiosamente, las cifras que reflejan los efectos gravitacionales concuerdan con la cantidad necesaria para que galaxias en cúmulos y estrellas en galaxias se mantengan todas arrejuntadas. Así es, todo ello apunta a que la materia oscura está realmente ahí (o tal vez deberíamos de decir aquí, por todas partes...) lo cual nos evita tener que modificar nuestra querida teoría de la gravedad.

 Examinando la deformación gravitatoria provocada por galaxias cercanas, se ha comprobado que todas ellas, incluida la nuestra, están imbuidas en un gigantesco halo de materia oscura mucho mayor que ellas mismas, responsable de casi toda su masa y por lo tanto de casi toda su gravedad.

Representación de nuestra galaxia rodeada por su halo de materia oscura, coloreado artificialmente en azul. Fuente.

 Pero aún hay más. Agárrense los machos el lector porque lo que viene a continuación es lo más parecido que tenemos a una fotografía directa de la materia oscura. Y ello ha sido posible gracias a un fenómeno de proporciones colosales: el resultado de la colisión de dos enormes cúmulos de galaxias, el conocido como "Cúmulo de la Bala".

 Este cúmulo se caracteriza por haber pasado sin ninguna consideración a través de otro mayor, generando una onda de choque de gases intergalácticos al hacerlo, lo cual le ha dado la forma de bala a la que debe su nombre. Decíamos antes que los cúmulos estaban formados por galaxias, gas caliente y materia oscura. Veamos que ha pasado con cada uno de ellos tras la colisión.

•  Galaxias: se hallan muy alejadas unas de otras, así que simplemente se han cruzado sin chocar.

•  Gas caliente intergaláctico: dada su elevada presencia y su ubicuidad, el gas de cada cúmulo sí que ha chocado, calentándose aún más y frenando considerablemente su movimiento, con lo cual se ha quedado atrás respecto de las galaxias.

•  Materia oscura: responsable de la mayor parte de la masa del cúmulo, su huella gravitatoria demuestra que al igual que las galaxias no se ha visto afectada por la colisión, siguiendo su camino como si tal cosa.

 

Cúmulo de la Bala (derecha de la imagen) Fuente.

 Vale la pena prestar atención a la imagen anterior. Lo que vemos son en efecto dos cúmulos de galaxias que se han atravesado uno al otro. El pequeño de la derecha es el Cúmulo de la Bala, con su forma característica de proyectil. Pues bien, en rojo se muestra el gas caliente intergaláctico, cuya cantidad y posición conocemos gracias a los rayos X que emite. Como se puede ver, el choque lo ha distorsionado, calentado y ralentizado, quedándose en efecto atrás. En azul se ilustra a la materia oscura, que como decíamos puede ser localizada y cuantificada gracias a su huella gravitatoria, de modo análogo a las pisadas del hombre invisible de antes en la nieve.

 La colisión del Cúmulo de la Bala nos demuestra que la materia oscura posee la capacidad de atravesarse sin interferir consigo misma, como si fuera una entidad fantasmal. ¿Recuerda el lector las cuatro interacciones fundamentales que citaba al principio? Pues la materia oscura solo parece verse afectada por la interacción gravitatoria debido a su masa. Por eso no la podemos ver, podría estar atravesándonos ahora mismo sin que nos diéramos cuenta, y muy probablemente lo esté haciendo. Solo a muy grandes escalas, en las cuales la gravedad se hace notar, la huella de la materia oscura se hace visible.

 Y ahora demos la vuelta de tuerca final. Como el lector sabrá, el universo empezó en una gran explosión, el famosísimo Big Bang. Durante sus primeros 380.000, estaba tan caliente que toda la materia ordinaria se hallaba en forma de plasma.

 Un plasma es un estado de la materia en el cual los electrones han sido arrancados de sus átomos por el calor y vagan anárquicamente por ahí, interfiriendo con los fotones debido a la interacción electromagnética e impidiendo que la luz se propague. En otras palabras, el universo era traslúcido. Sin embargo, justo hace 380.000 años su enfriamiento paulatino permitió que al fin los electrones orbitaran ordenadamente los núcleos atómicos. Gracias a ello la luz pudo escapar del caos y viajar al fin libremente. Esa luz nos sigue llegando actualmente en forma de microondas, proporcionándonos una instantánea acerca de cómo era el universo hace unos 13.420 millones de años, cuando era prácticamente un recién nacido.  Aquí la tienen:





Radiación de fondo de microondas.





 Esta imagen se ha hecho muy famosa. Como el eco del universo primitivo que es, nos llega constantemente desde todas las direcciones del espacio. A menos que se halle usted bajo tierra, ahora mismo estos fotones ancestrales en forma de radiación de microondas están llegando hasta usted desde los albores del universo. Los colores azulados representan regiones ligeramente más frías, y los amarillos-rojos otras que están un poco más calientes. Todos sabemos gracias al funcionamiento de las ollas exprés que a cuanta más presión más calor, con lo cual podemos interpretar la imagen anterior no solo como un mapa de temperaturas sino también como un mapa de densidades. No le pasará desapercibido al atento lector que hay un granulado básico en el mapa, como unos píxeles o "grumos". Ello es de vital importancia, como pronto verá.

 Y ahora viene lo gordo. Decíamos antes que la gravedad afecta al propio espacio-tiempo, curvándolo. Este hecho fue expresado por Albert Einstein en esta ecuación que sin duda va a espantar al lector:

                                         

 No sienta temor, no hace falta ser un matemático para extraer de ella la información que necesitamos. Baste decir que los miembros de izquierda representan la métrica y la curvatura del espacio -tiempo. En otras palabras, nos dicen cual es su forma, lo aplastado o retorcido que está, como si fuera un gran pedazo de goma. Recuerde el lector que al hablar de espacio - tiempo, nos referimos a tres coordenadas espaciales y una temporal.

Nuestra mente no puede representarlo visualmente, pero nuestro universo se define por un sistema de cuatro coordenadas, tres espaciales y una temporal. Aunque gráficamente solo seamos capaces de dibujar tres, matemáticamente no hay problema con ello. Fuente.

 Por su parte, el símbolo de la derecha define la cantidad de materia y energía que hay en el universo. 

 Los resultados arrojados por esta ecuación ya vaticinaron que el universo se expandía incluso antes de que dicha expansión fuera efectivamente descubierta. Además, según las cifras que incluyamos en ella (en base a nuestras observaciones), describe tres posibles modelos de universos en base a su curvatura: cerrado, abierto o plano (ilustrados en orden descendente en la imagen de más abajo). Ω define la densidad del universo, que según la ecuación de antes define su forma y su destino. Ωₒ en concreto se refiere a la "densidad crítica", es decir, a la densidad necesaria para que el universo sea plano como una mesa de billar.

Estos dibujos simplifican las cuatro coordenadas del universo en solo tres, pues de otro modo no podríamos representarlo visualmente. Fuente.

 Como se ve, el primer universo está cerrado espacio-temporalmente sobre si mismo y en él los ángulos de un triángulo miden más de 180º. Ωₒ es superior a 1. En un universo así, la expansión se detendrá algún día y toda la materia volverá a juntarse implosionando sobre si misma (el gran crujido o Big Crunch).  

 En el segundo universo, los ángulos de un triángulo miden menos de 180 º y está abierto aunque es cóncavo. Ωₒ es inferior a 1. Nunca dejará de expandirse.

 Y finalmente el último universo es plano como una tabla de cortar chorizo y en él los ángulos de un triángulo miden exactamente 180º. Ωₒ es igual a 1. Tampoco cesará nunca de expandirse.

 Analizando la extensión en grados de los grumos sobre el mapa de la radiación de microondas, se descubrió cual es la forma de nuestro universo.

En la imagen de la izquierda, el universo está cerrado y los grumos aparecen más grandes de lo que deberían, en la del centro el universo es plano y tienen el tamaño que deben de tener, mientras que en la de la izquierda el universo está abierto pero combado y los grumos se muestran más pequeños de lo que deberían. Fuente.

 Gracias a ello, se pudo comprobar, no sin sorpresa, que Ωₒ = 1, es decir, vivimos en un universo plano como un tablero de ajedrez.

 Hilando aún más fino, las variaciones en la densidad de la materia (los grumos) se hallaban formados por ondas en las cuales se agitaba el plasma de la época. Dichas ondas tenían un tono fundamental, provocado por la  máxima compresión y expansión del plasma a instancias de su propia atracción gravitatoria. Ello marca el "pixelado" de los grumos, los cuales en efecto nos hablan del total de materia presente en el universo, tanto ordinaria como oscura.



Fuente.





 No se dejen amedrentar por la apariencia temible de esta gráfica y por favor obsérvenla. La cresta grande de la izquierda marca el tono fundamental en el cual se agitaba el plasma primitivo. Las crestas más pequeñas representan los  armónicos, es decir, tonos de longitud más corta (múltiplos) que viajan con el tono fundamental. Y esos armónicos nos revelan mucha información. Si el tono fundamental muestra a la fuerza de la gravedad comprimiendo a toda la materia, la primera cresta pequeña indica una segunda compresión mucho menor, generada por la repulsión eléctrica, es decir, por la interacción electromagnética (el análisis del resto de crestas queda fuera de mi alcance). ¡Pero ojo! La materia oscura es inmune a la interacción electromagnética. Así que dicha cresta define la cantidad total presente de materia ordinaria, restado la materia oscura. Las cifras que salen son las siguientes:

•  4 % de materia ordinaria, que reacciona ante la gravedad y la interacción electromagnética.

• 23 % de materia oscura, que reacciona ante la gravedad pero no ante la interacción electromagnética, motivo por el cual no podemos verla (los fotones de la luz que nos permiten ver lo que hay a nuestro alrededor, son radiación electromagnética).

 Y sin embargo aún falta un 73 % para llegar a la densidad crítica (Ωₒ = 1). Aquí interviene un factor adicional, la enigmática energía oscura. Parece tratarse un campo que permea todo el universo y funciona como una especie de "antigravedad".

 Hasta hace unos años, existía el debate acerca de si el universo continuará expandiéndose para siempre o si algún día su propia gravedad detendrá el proceso. Todo dependía de la cantidad total de materia que hubiera en él. Lo que se daba por supuesto es que el proceso de expansión iba poco a poco decelerándose debido a la gravedad. Nada más lejos de la realidad: ahora se sabe que la expansión del universo... ¡se está acelerando! Sea lo que sea la energía oscura, modifica a la ecuación de Einstein y, al igual que la levadura hinchando un pastel, está logrando que el cosmos se expanda cada vez más rápido.

 Todo indica que la energía oscura no siempre ha ocupado el papel que tiene hoy en día, si hubiera sido así habría hecho trizas al universo hace mucho tiempo, pues no hubiera permitido a la gravedad guiar la formación de galaxias, de regiones de formación estelar dentro de ellas y en definitiva de planetas como el nuestro. Parece que la energía oscura ha ido in crescendo poco a poco a lo largo de la historia del universo, hasta tener el papel que hoy ocupa y que será mayoritario en el futuro. Esto no es de extrañar, ya que la energía oscura está asocidada al propio espacio, con lo cual cuanto más espacio hay más poderosa se vuelve, y si sabemos que nuestro universo se está expandiendo... así es, es un fenómeno de retroalimentación positiva. Aparentemente nada podrá parar la expansión hasta que el universo se haga trizas y se diluya en la nada y en el olvido. Afortunadamente, aún quedan muchos miles de millones de años para eso.

 Por su parte, la gravedad de la materia oscura ayudó a apelmazar a las estrellas en galaxias, en cuyo seno hemos podido nacer y vivir, y hoy en día sigue cumpliendo con dicha función, de vital importancia para nuestra existencia. Aún no sabemos que la compone, aunque sí que conocemos su "ficha policial": no interacciona consigo misma ni tampoco con la materia ordinaria, ignorando a la interacción electromagnética; solo le rinde pleitesía a la gravedad. Se han propuesto muchos tipos de partículas candidatas para ocupar su papel, incluidos los misteriosos neutrinos, pero aún no hay nada claro. Tal vez en los próximos años la ciencia pueda ir ahondando poco a poco en tan apasionante misterio.

 Puede que el lector haya empezado a caer en la cuenta de lo afortunados que somos, en lo asombrosamente bien calibrado que está nuestro universo para que podamos morar en él: la materia oscura, las cuatro interacciones fundamentales, las piruetas de los átomos y las partículas que los componen, la energía oscura entrando en juego solo en el momento preciso... personalmente opino que todo ello es fruto del azar. De los numerosos universos que han existido, existen y algún día llegarán a existir, los seres humanos solo podemos vivir en uno que sea compatible con nuestra propia y frágil existencia. El azar infinito nos ha guiñado un ojo. Claro que esta es solo mi opinión, el lector es libre de dejar volar su mente y sacar sus propias conclusiones. Gracias por su paciencia y hasta el próximo capítulo. 

Webgrafía: http://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/viewArticle/2070/2634



https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/


http://today.slac.stanford.edu/feature/darkmatter.asp




Bibliografía:

- "El Lado Oscuro del Universo", Alberto Casas, editado por Catara y por el CSIC.

- "Mundos Oscuros", Jonathan Feng y Mark Trodden, revista "Investigación y Ciencia", nº 412 de enero de 2011.

Capítulo 2: ¿Qué es la materia?

¿Qué es la materia?

 Todo lo que podemos ver y tocar, está hecho de materia. ¿Pero qué es la materia? ¿De qué está hecha? ¿Por qué podemos verla? ¿Por qué pesa? ¿Por qué si le doy una patada a una pared me haré daño en el pie? Lo mejor y del modo más sencillo y ameno que me sea posible, voy a intentar responder a estas preguntas. Agárrese los machos el lector porque esto no va a ser fácil (este es el momento de huir, si se queda sea bienvenido a la espiral de locura que se abre ante usted).

 Cuando hablamos de materia en la vida cotidiana, en realidad nos referimos a aquello que los científicos denominan "materia bariónica", y que conforma aproximadamente el 5% de la materia total de nuestra galaxia y el 15,5% en todo universo (el resto se conoce como "materia oscura", un enigma del cual hablaré en el siguiente capítulo).

 El nombre de bariónica se refiere al hecho de que casi toda su masa se debe a unas partículas conocidas como bariones, aunque también está formada por leptones y bosones. Como al lector se le habrá empezado a hacer un nudo en el cerebro con todos estos nombres extraños, más vale realizar un par de aclaraciones al respecto e ir ordenando poco a poco la información.

 Según los conocimientos alcanzados por la física moderna, usted mismo está formado por distintos tipos de partículas, cada una con sus propiedades únicas y que interactúan entre sí de diferentes maneras. Da la casualidad de que algunas de ellas se ensamblan para producir átomos, moléculas, células, tejidos... su mano por ejemplo. Para abordar este apasionante aunque complejo tema, contamos con la ayuda indispensable de la siguiente tabla:

Cada columna señalada con un nº romano es una generación.

Las II y III son muy inestables. Mejor téngala accesible. Fuente.

 Ya sé que parece temible, pero no se deje el lector intimidar por ella. Si se la deja a mano, de modo que pueda consultarla rápidamente, pronto se irá familiarizando con ella. Cada casilla representa a cada una de las partículas que componen la materia ordinaria. Como pueden ver, todas ellas están definidas por tres parámetros:

•  Masa: Viene dada en electronvoltios (eV), así como megaelectronvoltios (MeV = 1.000.000 eV) y gigaelectronvoltios (GeV = 1.000 MeV). En física
  

  
  

  esta unidad se usa indistintamente para
  

  

  cuantificar la masa o la energía, al ser ambos conceptos dos caras de la misma moneda, ya que están relacionados por la famosa ecuación de Einstein: E = mc² (donde "E" es la energía, "m" la masa y "c" la velocidad de la luz). Según esta fórmula, dentro de un solo gramo de masa hay muchísima energía, siendo este el secreto de las armas nucleares, que transforman directamente una en otra al fisionar o fusionar átomos (ídem la energía nuclear). Volviendo a la tabla, pueden ver en ella que las diferencias de masa entre las distintas partículas son enormes, careciendo algunas directamente de ella. ¿Pero qué es la masa? En su momento iremos a ello, no se impaciente el lector.

•  Carga: La carga eléctrica de las partículas. Puede ser positiva o negativa, lo cual nos resulta
  

  

  familiar, aunque también fraccionada, algo que ya se aleja más de nuestra experiencia cotidiana. Sea como sea, según dicta la interacción electromagnética, cargas opuestas se atraen y cargas de idéntico signo se repelen.

• 

    Spin: Palabra inglesa que literalmente significa "girar". Define el momento angular de las partículas: el producto de la masa por la velocidad que suele ir asociado a la rotación de un objeto. Lo extraño es que las partículas no rotan, de hecho por definición no se hallan localizadas en ningún punto en concreto, sin embargo tienen spin, que, como ocurría con la carga, puede ser entero o fraccionado. Explicar los efectos e importancia del spin sería una tarea ardua y compleja, así que mejor pasemos de puntillas por delante y no ahondemos en ello.

 Ahora que sabemos que las partículas se definen por su masa, su carga y su spin, podemos  clasificarlas. Llamamos "fermiones" a todas aquellas con spin fraccionado (verde y morado en la tabla), y "bosones" al resto de  partículas que tienen spin entero (azul en la tabla). Veamos qué son y qué hace cada uno:

Fermiones: se dividen en "quarks" y "leptones", entre otras cosas componen los átomos que nos constituyen.

Bosones: son los intermediarios de las interacciones fundamentales que rigen el universo.

El coloreado mundo de los quarks

  Los quarks se clasifican por "sabores", a saber:

up (arriba)

down (abajo)

charm (encanto)

strange (extraño)

top (cima)

bottom (fondo)

 Imaginamos que los científicos darían nombre a cada quark entre cerveza y cerveza en un bar, de todos modos solo nos vamos a quedar con el up y el down, que son los únicos estables.

 Además de sabor, los quarks también tienen "color". Entienda el lector que en verdad estas partículas no saben a nada ni están coloreadas como si fueran canicas, simplemente ocurre que los físicos tienen que llamar de alguna manera a las extrañas propiedades que muestran ¿y por qué no hablar de colores y sabores? La carga de color de los quarks les obliga a ser muy sociables y a vivir permanentemente agrupados, pues nunca, nunca jamás puede presentarse un color por separado, siempre se tienen que sumar y neutralizar entre sí. A esto se le llama "confinamiento del color".

 Imagine el lector que hubiera quarks verdes, rojos y azules, como la composición de la luz en los televisores. Según esto, un quark rojo obligatoriamente deberá de buscar la compañía de un quark verde y azul, jamás podrá andar por ahí por su cuenta. Para un quark la soledad nunca es una opción.

 Lo crea o no, también pueden asociarse dos quarks entre sí, pues igual que existen colores además hay anticolores (esto se nos va de las manos, sí). Según esto, el quark rojo de antes podrá optar por arrejuntarse con un compañero anti-rojo, de modo que sus colores se anulen y puedan coexistir. El problema aquí es que juntar un color con un anticolor, o en otras palabras, un quark con un antiquark, no termina de ser muy buen negocio por motivos que más adelante veremos. 

 Existen muchas combinaciones posibles con todos los sabores y colores de quarks y antiquarks, que dan pie a un variopinto "zoo de partículas".

 Las uniones de quarks son genéricamente llamadas "hadrones", no obstante según contengan dos o tres reciben diferentes nombres. Los "mesones", además de lugares donde comer y beber hasta hartarse, son combinaciones de dos quarks (color + anticolor), mientras que los "bariones" lo son de tres (rojo + verde + azul).

 El hecho de que a la materia convencional se la denomine "bariónica" ya nos da una pista acerca de su composición, sobre todo dado el hecho de que, como veíamos antes, la composición a base de color y anticolor dentro de los mesones los hace muy inestables. En realidad, solo hay dos bariones estables, que son los que le componen a usted y a mí:

-    Neutrón: Formado por un quark up y dos quark down, motivo por el cual su carga eléctrica es neutra. Recordemos que el up tiene carga +2/3 y el down -1/3; siendo esto tal que (-1/3 x 2) + 2/3 = 0.

Neutrón. Carga 0. Fuente.

-  Protón: Se compone por dos quark up y un quark down, lo cual le dota de una carga de +1, ya que en este caso (+2/3 x 2) – 1/2 = +1.

Protón. Carga +1. Fuente.

 Protones y neutrones componen el núcleo de los átomos. En concreto, cada átomo viene definido por el número de protones que tiene, que es invariante y caracteriza aquello que denominamos "elemento químico". Por ejemplo el átomo de carbono, el elemento químico en el cual se basa la vida, tiene 6 protones, siendo ese su "número atómico". Por el contrario el número de neutrones puede variar dentro de un mismo elemento químico, dando lugar a distintos isótopos.

 Esquema de un átomo de carbono, los electrones se muestran en amarillo y en azul el núcleo con 6 protones y 6 neutrones. Los protones definen al átomo de carbono, mientras que los neutrones pueden cambiar su número dando lugar a distintos isótopos. El isótopo del carbono con 7 neutrones es estable, las demás combinaciones no. Fuente.

 Ahora bien, si los neutrones son neutros, los protones positivos, y todos ellos se hayan muy juntos en el núcleo de los átomos… ¿qué impide que las cargas positivas se rechacen entre sí y los núcleos revienten cual huevo en un microondas? Hay algo que los mantiene juntos a pesar de todo, pero para saber qué es el amable lector deberá de tener un poco más de paciencia.

 Por otro lado, si se pregunta que es lo que ocurre con los distintos bariones compuestos por los quarks encanto, extraño, cima y fondo, le diré que dichos quarks además de muy masivos, son extremadamente inestables, siendo su vida lo bastante breve como para no permitirles adquirir relevancia más allá de los laboratorios en los cuales se los ha conseguido generar. ¿Qué diablos pintan entonces en la naturaleza? Hoy por hoy, esto sigue siendo un misterio.

Los inquietos leptones

 Los leptones carecen de color, y gracias a ello pueden danzar libremente de un lado a otro sin necesidad de juntarse entre sí. Tenemos seis sabores:

            1) Electrón.      4) Neutrino electrónico.

            2) Muón.          5) Neutrino muónico.

            3) Tau.            6) Neutrino tautónico.

 A los fantasmagóricos neutrinos luego los visitaremos, y al Muón y al Tau los pueden olvidar según los han leído, pues les ocurre lo mismo que a los quarks pesados de antes: son de vida muy breve.

 El electrón sin embargo es estable y además muy importante en nuestras vidas. Si el lector quiere sentir su poder, pruebe a meter los dedos en el enchufe, aunque quizá ello le deje chamuscado y humeante como una tostada, así que lo dejo a su criterio. Es común que los electrones salten alegremente de un átomo a otro, lo cual constituye la electricidad que mueve nuestras máquinas e ilumina nuestras bombillas. Cuando no están entretenidos viajando por nuestros cables, orbitan alrededor de los núcleos atómicos. Esto es así debido al hecho de que los electrones tienen carga negativa (-1), sintiéndose atraídos por la carga positiva de los núcleos atómicos.

 Representación esquemática de un átomo (en realidad las órbitas de los electrones son muchísimo más grandes en relación con el masivo pero diminuto núcleo compuesto de protones y neutrones). Fuente.

  
 Por otro lado tenemos a los esquivos neutrinos, que como veíamos se clasifican en tres sabores: neutrino electrónico, neutrino muónico y neutrino tautónico. Si creen que todo lo que han visto hasta ahora es raro, eso es porque aún no conocen a nuestros buenos amigos los neutrinos. Para empezar, ahora mismo hay millones de ellos cruzando su cuerpo con la misma facilidad con la que una bala atraviesa una hoja de papel de fumar. No tienen carga ni color y su masa es casi nula, con lo cual su interacción con el resto de la materia es mínima. Los neutrinos, que suelen crearse fruto de violentas reacciones nucleares o al desintegrarse ciertas partículas más pesadas, gustan de viajar por el universo a velocidades cercanas a la de la luz, atravesando todo lo que se encuentran por el camino como si nada, incluidos nosotros. Primero se los descubrió sobre el papel, y como se podrá imaginar el lector detectarlos les costó muchas canas a los científicos, aunque finalmente lo lograron. No contentos con ser entidades casi fantasmales, los neutrinos oscilan, esto es, cambian de sabor según ciertos ciclos que solo ellos conocen. De este modo un neutrino electrónico puede salir disparado, transmutarse en muónico por el camino y llegar a su destino convertido en tautónico. Lo mejor de todo es que cada sabor tiene una masa distinta, pero eso a ellos les da igual. El mundo de los neutrinos es enigmático y desconcertante, así que mejor dejemos a estas espectrales partículas en paz.

Bosones intermediarios

  Los bosones se definen por tener spin 0 y son nada más y nada menos que las partículas intermediarias de al menos tres de las cuatro interacciones fundamentales que rigen el universo. Las interacciones que vamos a comentar generan campos que permean nuestro mundo y hacen que sea como es. 

·   Interacción electromagnética. Su intermediaria es el fotón (Y), partícula que también conforma la radiación electromagnética, cuyas diferentes frecuencias llamamos luz, radio, microondas, infrarrojos, rayos X, etc, y que utilizamos para ver, comunicarnos, calentar la comida, calentarnos nosotros o hacer radiografías, entre otras cosas. Por ejemplo, los objetos que nos rodean emiten o reflejan luz, que según su frecuencia reconocemos como verde, azul, etc. Nuestros ojos tan solo son sensibles a la luz, sin embargo existen muchísimas otras frecuencias a lo largo del espectro electromagnético. Mismamente si enciendes un radiador, te estarás calentando gracias a la invisible radiación infrarroja que emite.

 Los fotones, aunque son partículas, pueden oscilar como ondas y configuran la radiación electromagnética que podemos detectar con nuestros ojos (luz visible) o con otros instrumentos.

    
   Es una interacción muy difícil de explicar para alguien sin formación científica como yo, pero a efectos de lo que aquí nos interesa uno de sus efectos primordiales es conseguir que cargas del mismo signo se rechacen. ¿Ha probado alguna vez a intentar juntar los polos positivos de dos imanes? Como se comentaba antes, todos los átomos están rodeados por difusas nubes de electrones que orbitan a su alrededor, siendo su carga -1. Esto es lo que evita que los átomos se atraviesen entre sí, pues sus negativas nubes electrónicas se rechazan al aproximarse unas a las otras, y gracias a ello podemos tocar una mesa o sentarnos en una silla sin atravesarlas fantasmalmente como si fuésemos neutrinos (puede culpar a los electrones de todas esas veces que ha caminado descalzo por su casa y se ha golpeado un dedo con un mueble). 

·  Interacción nuclear fuerte. Su bosón intermediario es el gluón (del inglés "glue", pegamento) y es la responsable de la carga de color, que hace que los quarks deban de estar confinados siempre juntos.

   

    Un efecto derivado de esta interacción, consigue que el núcleo atómico se mantenga unido a pesar de la repulsión de las cargas positivas de los protones. Esto se logra gracias al continuo intercambio entre protones y neutrones de un tipo de mesón muy ligero conocido como "pión".

    Los piones (π) pueden tener carga positiva (π⁺), negativa (π⁻) o neutra (π⁰), y están formados por un quark y un antiquark. Un quark "up" y otro "antidown" componen el π⁺, mientras que un quark "down" y otro "antiup" componen el π⁻, su antipartícula. La combinación "up-antiup" y "down-antidown" constituyen el π⁰, el cual es su propia antipartícula. Pues bien, los neutrones (n⁰) y protones (p⁺) se transmutan continuamente unos en otros a base de intercambiar π⁺ y π⁻. La relación en concreto es la siguiente.

    p⁺  + n⁰  →  (n⁰  +  π ⁺ ) + n⁰  → n⁰  +  (π ⁺  +  n⁰) → n⁰ + p⁺ 

    n⁰ + p⁺  →  (p⁺  +  π⁻) + p⁺ → p⁺  + (π⁻ +  p⁺ ) → p⁺  + n⁰

 La transmutación continua de protones en neutrones y viceversa gracias al intercambio de piones, mantiene unido el núcleo atómico y consigue evitar que todo lo que conocemos vuele por los aires. La siguiente imagen animada ilustra hasta que punto el núcleo de los átomos es una locura mayor de la que nunca hubiéramos podido imaginar:

Las bolas pequeñas que van en parejas son gluones. Fuente.

• · Interacción nuclear débil: sus bosones portadores son los masivos W⁺, W⁻ y Z.  Esta interacción es la responsable de que todos los quarks y leptones decaigan en sabores menos pesados. Sí, ella es la culpable de que esos quarks y leptones pesados y de nombres exóticos duren tan poco y que por ello el lector no se haya molestado en recordarlos. Si se genera por ejemplo un quark charm, se convertirá en un quark up, y la masa perdida se transformará en energía cinética (velocidad). Básicamente la interacción nuclear débil hace eso, transformar masa en velocidad, y al hacerlo consigue modelar el mundo en el que vivimos, influyendo también en desintegraciones atómicas más complejas de las que no hay tiempo para hablar aquí. También parece estar implicada en la oscilación de los neutrinos. Solo los sabores menos pesados de quarks (up & down) y el electrón son inmunes a ella. Se la ha conseguido juntar con la interacción electromagnética, y juntas componen la interacción electrodébil, cuya explicación ahora mismo nos supera.

• ·  Interacción gravitatoria: La más extraña de las cuatro interacciones fundamentales, y la única que todavía se resiste a ser satisfactoriamente explicada. Sabemos que nos mantiene pegados al suelo y nos impide salir volando por ahí. ¿Pero por qué? Albert Einstein la describió no como una fuerza o una interacción, sino como una curvatura del espacio-tiempo. Según ello, por ejemplo el Sol provocaría un inmenso "hoyo" en el espacio-tiempo y la Tierra se hallaría "rodando por el borde" sin llegar a caer dentro de él. La siguiente imagen, que es un clásico, lo explica a la perfección:

La gravedad deforma el espacio-tiempo. Fuente.

 Por muy increíble que parezca, la curvatura del espacio-tiempo provocada por la gravedad es un hecho que ha sido comprobado innumerables veces. Incluso genera lentes gravitatorias y provoca distorsiones e imágenes dobles cuando miramos a galaxias muy lejanas.

 Fotografía captada por el telescopio espacial Hubble en la que se aprecia la distorsión circular creada por la gravedad sobre la luz que nos llega de galaxias muy distantes. Fuente: La Nasa.

 El problema es hacer encajar todo esto con las otras tres interacciones. Con muchos esfuerzos, los científicos han desarrollado la denominada “teoría cuántica de campos”, que define a las interacciones electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil como campos que se manifiestan en forma de los distintos bosones que hemos estado visitando. A fin de conseguir una "teoría del todo", se ha intentado hacer lo mismo con la gravedad. Incluso se ha postulado un bosón transmisor de la interacción gravitatoria, el "gravitón", que tendría carga 0, masa 0 y espín 2. Desgraciadamente aún no se lo ha descubierto y en general este intento de entender la gravedad como un campo similar a los demás aún está en agua de borrajas.

 En otras palabras, sabemos cómo funciona la gravedad a grandes escalas, deformando el espacio-tiempo y logrando que grandes objetos como planetas y estrellas se atraigan entre sí. Sin embargo, al nivel de las pequeñas partículas que componen la materia, ignoramos por completo cómo se comporta.

 La siguiente tabla muestra un resumen de las cuatro interacciones fundamentales:

 Como se ve, la gravedad es la fuerza más débil de todas, sin embargo tiene un alcance ilimitado y ello le otorga la capacidad de irse acumulando, motivo por el cual solo se hace notar con objetos muy grandes, es decir, a escala astronómica. A nivel muy pequeño, su efecto es mínimo. Eso hasta que nos topamos con un agujero negro, en el cual los efectos de la gravedad se vuelven abrumadores y afectan incluso a las partículas subatómicas. En estos casos las ecuaciones se vuelven locas en las pizarras de los científicos, e igual ocurre cuando se intenta estudiar el Big Bang. Hasta que no entendamos cómo se relaciona la gravedad con las otras tres interacciones fundamentales, nuestro conocimiento acerca del universo en el que vivimos estará cojo.

 Dicho esto, cierto bosón nos depara una última sorpresa, pero no una cualquiera, hablamos del origen de la masa. Es decir, ¿por qué pesamos (algunos más de lo que nos gustaría)? 

 Cuando nacieron sobre el papel y pintarrajeados en grandes pizarras, se suponía que los bosones no debían de tener masa. Gluones y fotones cumplen con ello, pero los bosones W⁺, W⁻ y Z vinieron a sembrar la discordia siendo excepcionalmente pesados. Ello obligó a los científicos a partirse la cabeza a fin de descubrir qué o quién les otorgaba esa elevada masa que se supone que no deberían de tener. Así descubrieron al culpable de que algunas partículas tenga masa y otras no: el célebre, el archifamoso, el un millón de veces nombrado "bosón de Higgs", mal apodado "la partícula de Dios" (en realidad es la partícula de la masa, aunque eso suena demasiado a anuncio de pizza y supongo que no quedaba tan bien en los titulares de los periódicos). 
 

 En esencia, existe un campo que permea todo el universo, el campo de Higgs, transmitido por el bosón de Higgs, que al interactuar con ciertas partículas las dota de aquello que conocemos como "masa" (mediante el llamado "mecanismo de Higgs").

 Todo esto podía ser considerado fruto del viaje psicotrópico de un puñado de físicos, sobre todo de Peter Higgs que fue quién parió esta idea, hasta que el bosón que lleva su apellido, o al menos una partícula que respondía a su descripción, fue descubierto tras numerosos experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Como el lector podrá imaginar, la explicación acerca de cómo y porqué el bosón de Higgs actúa como actúa es muy compleja, y si intentara dársela, suponiendo que pudiera, muy probablemente nos estallaría la cabeza a ambos, así que mejor me abstengo de ello (véase nota al final). Solo sepa que su cara de preocupación al mirar el peso que le indica la báscula se debe a este escurridizo bosón.

 Las líneas amarillas indican que el  bosón de Higgs solo actúa sobre algunos leptones, al igual que el fotón con ellos (los neutrinos carecen de carga eléctrica por un lado y  por el otro aún no se sabe muy bien como se origina su exigua masa). Las líneas azules representan una interacción completa. Fuente.

 A fin de recopilar y aclarar tanto lío de nombres, aquí tiene el lector un esquema con todas las familias de partículas que hemos ido visitando:

Antimateria

 No puedo concluir este artículo sobre la materia sin mencionar a su némesis: la antimateria.

 Tal vez la recuerde el lector de la película "Ángeles y Demonios" basada en el best seller de Dan Brown. Por muy fantástica y misteriosa que pueda sonar, la antimateria no es más que materia normal con los colores y cargas eléctricas invertidas (siento robarle la ilusión al lector). Un ejemplo de antimateria es el positrón, que es un electrón con carga positiva, o el antiprotón, que es análogo al protón pero con carga positiva. Un antineutron seguiría teniendo carga neutra pero estaría compuesto por antiquarks, al igual que el antiprotón. En efecto, los antiquarks también tienen cambiada su carga además de tener anticolores.

 Resumiendo, colores y cargas eléctricas opuestas igual a antimateria.

 Materia frente a antimateria. De arriba a abajo: electrón vrs. positrón, protón vrs. antiprotón y neutrón vrs. antineutrón . Fuente.

 El hecho de que no sea frecuente encontrarnos con antimateria en la vida cotidiana se debe a que esta se aniquila automáticamente al entrar en contacto con la materia normal, transformándose toda su masa en radiación. Si por ejemplo un electrón tiene la mala fortuna de encontrarse de bruces con un positrón, ambos se desintegrarán en una explosión de rayos gamma (fotones de alta energía). De hecho así conseguiríamos distinguir a un antineutrón de un neutrón, ambos asépticamente neutros.

 La antimateria ha sido producida en laboratorio en condiciones de especial aislamiento, llegando a haberse generado antiátomos compuestos de antiprotones y antineutrones con positrones orbitando a su alrededor, sin embargo es muy difícil conseguir mantenerla apartada de la materia convencional y conseguir que no se aniquile contra ella.

 Ahora bien, ¿por qué vivimos en un universo dominado por la materia en lugar de por la antimateria? Esta es una de las preguntas fundamentales de la física moderna. Se especula que justo tras el Big Bang, por motivos desconocidos se generó un pequeño exceso de materia sobre la antimateria, algo que a lo largo de las sucesivas aniquilaciones que se produjeron inclinó la balanza a favor de la primera. De todos modos, si hubiera sido al revés, la antimateria sería para nosotros la materia normal y viceversa.

Materia oscura

 Es necesario poner ya punto y final a este capítulo, aunque debemos de recordar algo que escribí en su ya lejano principio: la materia normal (bariónica) solo constituye un 5% del total de materia presente en nuestra galaxia, y alrededor de un 15,5% de aquella presente en todo el universo. Al resto la conocemos como "materia oscura", y sabemos que está ahí únicamente por los efectos gravitatorios que la delatan, pero por nada más. Y aún más misteriosa es la "energía oscura" y sus sorprendentes efectos sobre el universo. Más estas oscuras cuestiones quedan pendientes para el siguiente capítulo. 

Nota: Para saber más sobre los campos de las interacciones fundamentales en general y sobre el bosón de Higgs en particular, pueden leer el capítulo 6 de mi otro blog, el Rincón de Ivo, al cual pueden acceder pinchando aquí.

BIBLIOGRAFÍA:

-  "El LHC y la frontera de la física", Alberto Casas, editado por Catara y por el CSIC.

-  "El Lado Oscuro del Universo", Alberto Casas, editado por Catara y por el CSIC.

-   "El Bosón de Higgs", Teresa Rodrigo Anoro; Alberto Casas González, editado por Catara y por el CSIC.

WEBGRAFÍA:

https://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elemental

https://es.wikipedia.org/wiki/Interacciones_fundamentales

https://es.wikipedia.org/wiki/Carga_de_color

https://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria