| S e llama así a la era que se extiende t = 10-4 hasta aproximadamente unos 10 [seg.] de vida del universo. En esta época, la temperatura desciende desde 1012 °K hasta 1010 °K y la densidad desde 1014 a 104 [g/cm3]. La sopa cuántica cósmica se compone de una mezcla formada por un número aproximadamente igual de fotones, electrones, neutrinos electrónicos, muones, neutrinos de muón y algunas otras partículas como los piones (reliquias hadrónicas de masa ligera de la era anterior) y sus antipartículas, más una «contaminación» relativamente pequeña de igual número de protones y neutrones que ya no están en equilibrio con las otras partículas. Pero el pequeño número de protones y neutrones continúa interactuando con las otras partículas. Por ejemplo, cuando un protón interactúa con un electrón, se convierte en un electrón más un neutrino de electrón. Cuando interactúan con positrones, los neutrones se convierten en protones y neutrinos de antielectrón. Aunque el número total de protones y electrones es muy pequeño (uno por cada cien millones de las otras partículas, aproximadamente), protones y neutrones se transforman unos en otros muy deprisa, debido a sus interacciones con los leptones. Naturalmente, los fotones son numerosos y forman un mar de radiación homogéneo. Debido a la alta temperatura, los leptones con masa dominan a los nucleones y a la radiación de fotones, manteniendo un caldo de neutrones y neutrinos que interactúan por medio de las fuerzas débiles.
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Al bajar la temperatura por debajo del valor que tenía al principio de la era leptónica, se cruza el umbral de producción de muones. Todos los muones y antimuones se desintegran ahora convirtiéndose en electrones, positrones y neutrinos de muón y de electrón. El exceso de carga de los muones puede pasar a los electrones (el electrón es, como se recordará, la partícula cargada más ligera y no cuenta con ninguna otra partícula más ligera a la que pasar su carga). Por tal razón, no hay muones que sobrevivan a la matanza muónica. Pero los neutrinos de muón, dado que llevan el número leptónico de muón (cantidad conservada) deben seguir existiendo, aunque dejen ya de interactuar con las demás partículas. Además, su densidad numérica es aproximadamente igual a la de los fotones, puesto que es la que era inmediatamente antes de dejar de interactuar. Hay ya un gran número de neutrinos muónicos que vagan libremente por el universo sin interactuar apenas, lo mismo que hacen hoy los fotones.
Como se estima que el universo debería ser eléctricamente neutro, el número de electrones y el de protones tiene que ser igual. De forma que, si se supuso en el modelo estándar un número bariónico no nulo, ello comporta un número leptónico electrónico igual. Por otro lado, si se consigue evitar lo primero con las teorías unificadas, también debería esperarse lo mismo para el número leptónico electrónico del universo.
Asimismo, a una temperatura aún más baja, los neutrinos de electrón dejan de estar en equilibrio con los electrones y los positrones. Entonces, se unen a los neutrinos muónicos junto a los neutrinos tauónicos (que se desequilibran antes incluso que los muónicos) y vagan por el universo sin interactuar significativamente con nucleones o leptones, en un gas no interactuante. Como el universo sigue expandiéndose, la longitud de onda de esos neutrinos se desplaza hacia el rojo y, como sucede con los fotones, desciende su temperatura. La temperatura de los neutrinos hoy corresponde a unos 2 °K y su número alrededor de 109 por nucleón, similar a los fotones. La causa de esta temperatura algo más baja es que los neutrinos dejaron de interactuar antes de que electrones y positrones se aniquilaran formando fotones. Este proceso de aniquilación calienta el gas fotónico aproximadamente un treinta por ciento más que el de neutrinos.
Si esta descripción es correcta, ¿por qué no detectan los científicos el gas de neutrinos? Desafortunadamente, neutrinos de tan baja energía prácticamente no interactúan con la materia y es imposible detectarlos con la tecnología actual, la que sería necesario incrementar su capacidad no por diez sino por millones. Pero los físicos estudian este problema y puede que algún día se de con un ingenioso método que permita captar una cantidad importante de esos neutrinos residuales. Se estima que, de mil millones de neutrinos que atraviesan la Tierra, sólo uno tiene chance de interactuar con algún átomo de ella. Es evidente que si estas ideas son correctas la masa principal de la entropía actual del universo reside no sólo en el gas de fotones sino también en el de neutrinos. Su descubrimiento, con la temperatura predicha, sería otra confirmación de la validez de la teoría del Big Bang.
Suelen concebirse esos neutrinos como libres viajeros del espacio, atravesándolos a la velocidad de la luz y desprovistos de masa, salvo que le diéramos crédito a las teorías recientes. Una posibilidad intrigante es que en realidad posean una pequeña masa. Si así fuera, el gas residual de neutrinos podría ser la materia oscura que cerrase el universo. Los físicos experimentales han intentado medir la masa del neutrino electrónico y han llegado a la conclusión de que no puede ser lo bastante grande como para formar la materia oscura. Pero, en lo referente a las masas del neutrino tautónico y del neutrino muónico los límites experimentales son mucho menos restrictivos y quizás esos neutrinos sirvan para el mismo fin.
Pero supongamos que las teorías recientes están en lo cierto y que los neutrinos tendrían una pequeña masa. Si los neutrinos electrónicos tuvieran una masa de 1 [eV/c2] su contribución sería mayor que la masa en bariones, o sea, la materia usual de estrellas, planetas y humanos. Recordemos que 1 [eV/c2] es sólo 1/500.000 de la pequeña masa del electrón, la que a su vez es 1/1836 la del protón. Por otro lado, si su masa es de 10 [eV/c2] los neutrinos podrían contribuir a un parámetro de densidad W ›1, lo que corresponde a un universo cerrado (fig. inserta más abajo). Son frecuentes los anuncios desde laboratorios sobre medidas de la masa de los neutrinos, pero, de todas maneras, lo más recomendable es esperar confirmaciones estadísticas más duras, dada las dificultades que encierran las mediciones. No obstante, si los neutrinos realmente comportan masa, ésta debería ser aproximadamente no más de 50 [eV/c2] (no podría ser mayor, pues, en tal caso, la densidad del gas de neutrinos sería mayor que el límite observado de la densidad media de masa del universo), podríamos demostrar que la atracción gravitatoria mutua entre ellos tendería a formar cúmulos gigantescos con una masa muy similar a la de los supercúmulos de galaxias actuales. Las medidas cosmológicas mismas implican lo anterior, en vista del límite para el parámetro de aceleración de q0 ‹2, lo que corresponde a una densidad promedio superior a 2 x 10-29 [g/cm3], que es lo ya medido en galaxias. Aflora así, espontáneamente, una manera de explicar la formación de supercúmulos. Los neutrinos de gran masa, liberados durante la era leptónica, comienzan a acumularse gravitatoriamente, formando masas de neutrinos del tamaño de los supercúmulos de galaxias, Más tarde, concluido el Big Bang, el hidrógeno y el helio caerían gravitatoriamente en esas gigantescas masas de neutrinos, formando objetos en forma de hojuelas. Esas «hojuelas», del tamaño de supercúmulos de galaxias, mediante complejas interacciones relacionadas con el gas de hidrógeno, se fragmentan luego en objetos del tamaño de las galaxias. Esto sucede en el período comprendido entre un millón y diez millones de años después del Big Bang, la era de formación galáctica. Ya analizamos en un capítulo anterior algunas de las consecuencias de esta interpretación de la formación de las galaxias y de los supercúmulos.
Sea o no correcta la imagen de las láminas, vemos aquí un ejemplo excelente de la cooperación de las ideas de la física de partículas y de la astronomía. Las estructuras mayores (supercúmulos de galaxias) pueden ayudarnos a entender las estructuras más pequeñas (los neutrinos y las propiedades del universo antes de que éste tuviera un segundo). Todo el universo se convierte en campo de experimentación de la física cuántica fundamental.
Pero también podrían existir otras partículas leptónicas pesadas con propiedades similares a los neutrinos, pero masas mayores que los nucleones y de una cantidad que podría ser significativa. Estas serían partículas masivas que sólo tienen interacciones débiles y gravitacionales. El límite inferior de masa de estas hipotéticas partículas ha sido estimado en el orden de 2 [GeV]. De comprobarse la existencia de las láminas de neutrinos o de los leptones pesados, ello acabaría con el enigma de la materia oscura, que puede llegar a cantidades suficientes para cerrar el universo. Lo anterior, no significa que no le doy crédito a la posibilidad de que el universo sea plano, por consiguiente, abierto, como se extrae de las conclusiones preliminares, muy difundidas periodísticamente en los momentos que escribo estas líneas, elaboradas por los científicos agrupados en el proyecto Boomerang; ahora, en el mismo periodo, también ha habido noticias sobre evidencias sólidas pero no concluyentes sobre espacios de existencia de materia oscura. En fin, se trata de una cuestión que va a seguir siendo materia de discusión y muy difícil de dilucidar en un plazo breve.
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