Ciencia Kanija

Te va a encantar el humor físico. Para conmemorar el Día de San Valentín la semana pasada, Fermilab envió un anuncio personal en una revista interna que decía: “paradigma maduro con firmes apoyos observacionales busca una teoría fundamental en la que incrustarse”. Se refería a la inflación — un periodo de expansión exponencial que se piensa que tuvo lugar 10^–35 s tras el Big Bang, el cual, aunque capaz de dar cuenta de la apariencia a gran escala del universo, carece de un firme soporte teórico.

Por casualidad, el mismo día tres teóricos publicaron un artículo en el servidor de pre-impresión de arXiv que podría remediar esta situación. Viatcheslav Mukhanov y sus colaboradores en la Universidad Ludwig Maximilians de Munich en Alemania, han propuesto un modelo en el cual la inflación está dirigida por campos vectoriales en lugar de campos escalares como en los modelos existentes (arXiv:0802.2068v1). Aunque su modelo no explica fundamentalmente la inflación, los campos vectoriales se sabe que existen en la naturaleza mientras que los campos escalares no.

Suave y plano

La inflación, desarrollada a principios de los años 80, suaviza las anisotropías que se presentaron inmediatamente tras el Big Bang provocando que el universo se expandiera en un factor de al menos 10³⁰ en una fracción de nanosegundo. Sin la inflación, es difícil para los cosmólogos explicar por qué el universo parece aproximadamente igual en cualquier dirección que miremos o por qué la geometría del universo es esencialmente plana.

Pero la teoría subyacente es algo ad hoc. En la mayoría de modelos, la rápida expansión del joven universo está dirigida por “presión negativa” producida cuando la energía potencial de un campo escalar cae de un estado a otro menor. Las fluctuaciones cuánticas en este campo, a las cuales se asocia una partícula fundamental con espín cero conocida como inflatón, habrían estallado a escala cósmica y producido perturbaciones de densidad que provocaron que la materia se agrupase en galaxias.

Esta descripción ha ganado recientemente un gran apoyo a partir de las medidas de la distribución de puntos calientes y fríos en el fondo de microondas cósmico. Pero los físicos nunca han visto partículas de espín cero y por tanto no tienen una pista real sobre el origen microscópico de la inflación.

Por otra parte, los campos vectoriales fundamentales — que llevan a partículas de espín uno — se sabe que existen en la naturaleza: el fotón y los bosones W y Z, por ejemplo. El problema es que los campos vectoriales tienden a “tomar” una dirección preferida en el espacio y por tanto arruinan el punto más fuerte de la inflación. Mukhanov y sus colegas ahora han resuelto este problema acudiendo a varios vectores, que, cuando se hace la media, llevan a un universo casi isotrópico.

Orientaciones aleatorias

De acuerdo con Larry Ford de la Universidad Tufts de los Estados Unidos, quien a finales de los años 80 abordó el problema de la anisotropía cuando intentó construir un modelo de inflación vectorial, el nuevo modelo es análogo al de la presión en un gas. “Un gas consta de muchas moléculas, cada una de las cuales con una velocidad específica, pero cuando se hace la media de los efectos de varias moléculas el resultado es que hay una presión isotrópica con un alto grado de precisión”, explica.

“El nuestro no es un modelo mejor que el de la inflación de campo escalar, pero tampoco es peor”, dice Mukhanov, que fue uno de los primeros en calcular las fluctuaciones del campo de inflación. “Además, el modelo nos permite obtener una cierta cantidad de anisotropía durante la expansión inflacionaria lo cual podría modificar las perturbaciones producidas y de esta forma tener huellas observacionales en el fondo de microondas cósmico”.

Debido a que el modelo requiere muchos campos vectoriales orientados en direcciones aleatorias para producir la isotropía requerida del universo a gran escala, sus predicciones dependen en gran parte de la forma en que se distribuyen las masas de estos campos, lo cual no es una propiedad deseable. La parte buena es que la presencia de campos con masas extremadamente pequeñas tiene en cuenta de forma natural la actual fase de aceleración cósmica así como la inflación, aunque el miembro del equipo Alexey Golovnev apunta rápidamente que los campos escalares también pueden realizar esta tarea.

Esta entrada fue escrita el Miércoles, 20 de febrero de 2008 a las 4:04 pm y archivada en Fí­sica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.