¿Hubo transiciones de fase cosmológicas en el primer segundo después del Big Bang?

La teoría del Big Bang describe la expansión del Universo, pero no explica el “Bang”, es decir, el origen del Universo. Deja la puerta abierta a la especulación sobre la física característica del Universo durante el primer segundo desde su creación. Aunque un segundo parece muy poco tiempo, de acuerdo a la física de partículas muchos procesos físicos podrían haber ocurrido durante dicho “primer” segundo. Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y del Instituto Tecnológico de California han teorizado ahora sobre esos primeros instantes.

CMB por Planck


En un trabajo reciente publicado en la revista Physical Review, el investigador Daniel G. Figueroa del Departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, junto con los investigadores Robert Caldwell y Marc Kamionkowski del Instituto Tecnológico de California (Caltech), estudiaron cómo la dinámica de auto-ordenamiento de campos tras una transición de fase, daría lugar a la creación de desviaciones con respecto a una distribución Gaussiana, en la estadística de las fluctuaciones primordiales de la densidad de energía cosmológica.

Dichas fluctuaciones son detectadas hoy en día con regularidad (por ejemplo en el fondo cósmico de microondas) y, mediante el estudio de la estadística que poseen, se espera, de hecho, encontrar señales remanentes del Universo primigenio. Caracterizar teóricamente dichas desviaciones estadísticas “no-gaussianas” es muy relevante, puesto que pueden ser usadas como un potente discriminador entre los diversos modelos del Universo primitivo. Por lo tanto, es muy importante determinar los detalles exactos de nuevas fuentes potenciales de no-gaussianidad, como la descrita en la citada publicación.

En el trabajo realizado por estos investigadores se ha calculado explícitamente la forma de cierta función denominada “bi-espectro”, que caracteriza la desviación de gaussianidad en la estadística de las fluctuaciones primordiales. Si éstas últimas fueran puramente gaussianas, el bi-espectro se anularía, y de ahí la novedad de este trabajo, pues se ha encontrado que la forma funcional del bi-espectro inducida por la dinámica de auto-ordenamiento tras una transición de fase cosmológica, no sólo no se anula, sino que además es diferente a la de otros casos conocidos.

Esta nueva fuente de no-gaussianidad de hecho podría ser muy significativa, y su detección en un futuro próximo demostraría la existencia de campos auto-ordenantes en el Universo, lo que probaría, a su vez, que realmente hubo una transición de fase en el Universo primigenio.

Teorías sobre los primeros momentos del Universo

Hoy la comunidad científica investiga activamente cómo dichos procesos podrían haber producido ciertas señales observables que, de ser detectadas, nos proporcionarían información directa sobre la física de aquellos instantes primigenios. Si algún día queremos llegar a comprender cómo fue el Universo primitivo, predecir teóricamente estas señales resulta fundamental.

Entre los diversos procesos físicos que se piensa que pudieron ocurrir durante el primer segundo del Universo, se encuentran las transiciones de fase cosmológicas, en las que sucede un fenómeno conocido en física cómo “ruptura de simetría”.

Si imaginamos un campo de materia como un vector de varios componentes, la ruptura de simetría es un mecanismo mediante el cual el módulo de dicho campo (esto es: la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de sus componentes), pasa de ser cero a tomar un valor constante e igual en todos los puntos del espacio. La dirección de sus componentes, es decir la orientación del campo, resulta sin embargo diferente en cada lugar, si bien el campo tiende a “alinearse” (es decir, tiende a adquirir la misma orientación) en regiones próximas.

Denominando “escala causal” a la máxima distancia recorrida por la luz desde el surgimiento del Universo y, ya que nada puede viajar más rápido que la luz, la dinámica de un proceso de ruptura de simetría debe ser tal que el campo correspondiente sólo puede alinearse en regiones espaciales (dominios) de tamaño inferior a la escala causal del Universo. Considerando dos puntos del espacio, A y B, separados una distancia mayor que la de la escala causal, entonces la orientación del campo de materia en A, no puede guardar relación alguna con la orientación del campo en B.

La variación arbitraria de la orientación del campo de materia al pasar de unas regiones a otras desconectadas causalmente, da lugar por tanto a grandes gradientes (variaciones) del propio campo, lo que a su vez lleva asociado una gran densidad de energía. El tamaño de los dominios en los que el campo está alineado no es fijo, sino que crece en el tiempo y, así, a la dinámica asociada a este crecimiento se la denomina “dinámica de auto-ordenamiento de campos”. En otras palabras, a medida que transcurre el tiempo, el campo se va alineado en regiones mayores, lo que da lugar a que los gradientes asociados evolucionen notablemente durante este proceso.


Referencia bibliográfica: Felder et al, Phys.Rev. D64 (2001) 123517
Fecha Original: 1 de octubre de 2010
Enlace Original

Comparte:
  • Print
  • Digg
  • StumbleUpon
  • del.icio.us
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • Bitacoras.com
  • Identi.ca
  • LinkedIn
  • Meneame
  • Netvibes
  • Orkut
  • PDF
  • Reddit
  • Tumblr
  • Wikio
This page is wiki editable click here to edit this page.

Like This Post? Share It

Comments (10)

  1. Interesante investigación de la que estaremos pendientes. Saludos:
    Alejandro Álvarez

  2. Si, es posbile que las transiciones de fases cosmológicas en el primer segundo del Big Bang se hayan producidos, esto robutece la teoría de que el mismo pudo haber sucedido por las fluctuaciones cuánticas, o de que éstas estuvieran en el escenario.
    Buen artículo Canijo.

  3. kike

    Supongo que esto significará un apoyo en las aseveraciones de los estudios que decían que pese a que la radiación de fondo de microondas es muy uniforme, lo que es necesario para la autenticidad de la teoria del B.B., se detectaron no obstante pequeñas diferencias en esa uniformidad general; así que vendría a ser como la demostración de la excepción que suele confirmar la regla, y de que por supuesto esa pequeña desviación no desvirtua las teorías.

  4. edgar

    vaya esta un poco tecnico :x

    ¿que es eso de gaussanidad? lo que entendi es que matematicamente pueden teorizar sobre lo que paso en ese segundo y pueden “verlo” en las fluctuaciones del CMB

    lo demas me perdi.

  5. Edgar, gaussianidad es eso mismo que tu acabas de explicar, los artificios matemáticos, teorizados, que pueden explicar lo que tal vez sucedió en ese momento, utilizando términos como invariancia y demás yerbas aromáticas.
    A propósito, le han dado de baja al WMAP, en su lugar estará el Planck en el punto L2.

  6. OzzyBulla

    Pero entiendo que el espacio puede expandirse a cualquier velocidad y no está limitado por la velocidad de la luz (puesto que se expande en un no-espacio, donde no se puede `pues hablar de velocidad); y que la materia contenida en el espacio en expansión puede, mirada desde “dentro” del universo viajar “montada” en la expansión del espacio-tiempo.
    Aemás, las “no-gaussanidades” que podamos verificar hoy no creo tengan sentido en el momento del orígen, desde el momento en que el universo mismo (esta vez hablo del universo en sentido estadístico) es absolutamente cambiante en todos los sentidos cuantitativos y cualitativos.

  7. A propósito me surge una pregunta y es apoyada en el entendido de que la Relatividad Genenral teoriza y en la práctica es así de que los efectos de la gravedad no son instantaneos, pregunto: ¿habrán no espacios?, en donde todavía el tiempo el espacio no se han creados, en vista de que como se dice y se comprueba el universo se está expandiendo, o sea, regiones en los que todavía no ha llegado la creación del universo.

    • OzzyBulla

      Carlos: es difícl inuirlo e imposible imaginarlo porque nuestro sentido común siempre supone el tiempo y el espacio. El universo (nuestro espacio-tiempo) se está expandiendo pero no hay regiones sin espacio-tiempo porque, justamente, para que haya una región ella debe estar en algún lugar, pero “lugar” implica espacio y eso es justamente lo que no hay.

  8. Satisfecho con tu respuesta Ozzy, gracias por tu atención.

  9. daniel

    por dios muy buenos comentarios trate de comprender lo mas k pude pero me gusto la forma en k lo explica ozzi te libra de todas dudas

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *