Una nueva investigación sugiere que las partículas pesadas oscilantes generaron "relojes" en el universo primigenio que podría ser utilizado para determinar qué produjo las condiciones iniciales que dieron origen al universo. Crédito: Yi Wang y Chen Xingang
¿Cómo empezó el universo? ¿Y que había antes del Big Bang? Los cosmólogos se han hecho estas preguntas desde que descubrieron que nuestro universo se está expandiendo. Las respuestas no son fáciles de determinar. El comienzo del cosmos está envuelto y oculto a la vista de nuestros telescopios más potentes. Sin embargo, las observaciones que hacemos hoy en día pueden dar pistas sobre el origen del universo. Una nueva investigación sugiere una nueva forma de sondear el comienzo del espacio y el tiempo para determinar cuál de las teorías que compiten actualmente es correcta.
El escenario teórico más aceptado del comienzo del universo es la inflación, que predice que el universo se expandió a un ritmo exponencial en la primera fracción fugaz de un segundo. Sin embargo se han sugerido una serie de escenarios alternativos, algunos predicen un Big Crunch anterior al Big Bang. El dilema es encontrar medidas que puedan distinguir entre estos escenarios.
Una prometedora fuente de información acerca del comienzo del universo es el fondo cósmico de microondas (CMB) - el resplandor remanente del Big Bang que impregna todo el espacio. Este resplandor parece liso y uniforme al principio, pero una inspección más cercana varía por pequeñas cantidades. Esas variaciones provienen de fluctuaciones cuánticas presentes en el nacimiento del universo que se han extendido como el universo en expansión.
El enfoque convencional para distinguir diferentes escenarios busca de posibles rastros de ondas gravitacionales, generadas durante el universo primigenio, en el CMB. "Estamos proponiendo un nuevo enfoque que nos permita revelar directamente la historia de la evolución del universo primigenio de señales astrofísicas. Esta historia es única para cada escenario", dice el coautor Xingang Chen, del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica (CfA) y la Universidad de Texas en Dallas.
Mientras que los estudios experimentales y teóricos anteriores dan pistas sobre las variaciones espaciales en el universo primigenio, les falta el elemento clave del tiempo. Sin un reloj para medir el paso del tiempo, la historia evolutiva del universo primigenio no puede ser determinada inequívocamente.
"Imagínese que usted coge los fotogramas de una película y todos ellos apilados al azar uno encima del otro. Si esos fotogramas no están etiquetados con un tiempo, no se pueden poner en orden. El universo primigenio empezó con un Big-Bang ( Gran explosión o un Big-Crunch (Gran Colapso)? Si la película está en marcha hacia adelante o hacia atrás, no se puede explicar la diferencia ", explica Chen.
Esta nueva investigación sugiere que existen tales "relojes", y se pueden utilizar para medir el paso del tiempo en el nacimiento del universo. Estos relojes tienen la forma de partículas pesadas, que son un producto esperado de la "teoría del todo" que unirá la mecánica cuántica y la relatividad general. Se llaman los "relojes estándar primigenios."
Partículas pesadas subatómicas que se comportan como un péndulo, oscilando hacia atrás y hacia adelante de una manera universal y estándar. Incluso pueden hacerlo de manera cuántica-mecánica sin ser empujadas inicialmente. Esas oscilaciones cuánticas actuarían como cuando un reloj avanza, y añadirían etiquetas de tiempo a la pila de cuadros de la película en nuestra analogía.
"El Tic Tac de estos relojes estándar primigenios crearían las oscilaciones correspondientes en las mediciones del fondo cósmico de microondas, cuyo patrón es único para cada escenario", dice el coautor Yi Wang, de la Universidad de Hong Kong de Ciencia y Tecnología. Sin embargo, los datos actuales no son lo suficientemente precisos para detectar estas variaciones pequeñas. Experimentos en curso deben mejorar en gran medida la situación. Proyectos como BICEP3 y Keck matriz de CfA, y muchos otros experimentos relacionados en todo el mundo, reunirán datos muy precisos de CMB, al mismo tiempo, ya que están en la búsqueda de las ondas gravitacionales. Si las oscilaciones de los relojes estándar primigenios son lo suficientemente fuertes, los experimentos deben encontrar la respuesta en la próxima década. También podría haber otras líneas de investigación, como los mapas de la estructura a gran escala del universo incluyendo galaxias y de hidrógeno cósmico.
Y puesto que los relojes estándar primigenios son un componente de la "teoría del todo", su búsqueda también proporcionarían evidencia de la física más allá del Modelo Estándar en una escala de energía inaccesible a los colisionadores de tierra.
Esta investigación se detalla en un artículo de Xingang Chen y Mohammad Hossein Namjoo (CfA / UT Dallas) y Yi Wang (La Universidad de Hong Kong de Ciencia y Tecnología). Ha sido aceptado para su publicación en el Diario de Cosmología y Física de Astropartículas y está disponible en internet.
No hay comentarios:
Publicar un comentario