Los físicos teóricos Mark G. Jackson, de la Universidad París-7 Diderot en París, Francia, y Koenraad Schalm de la Universidad de Leiden en Leiden, Países Bajos, han publicado su estudio sobre estas posibles señales de la nueva física en el espectro de potencia inflacionaria en un número reciente de la revista Physical Review Letters (ver aquí).
la imágen muestra la evolución del universo desde el Big Bang hasta el presente las fluctuaciones cuánticas que emergieron durante la inflación se convirtieron en inhomogeneidades que condujeron a la formación de estrellas y galaxias.Crédito Nasa..
El trabajo de los físicos se centra en la escala de Planck, las condiciones de ultra-alta energía en el momento del Big Bang. Aunque el universo en este momento era casi completamente homogéneo, la dinámica violenta de la inflación produjo pequeñas inhomogeneidades desde el vacío cuántico . Pares virtuales de partículas del vacío cuántico comenzaron entrando y saliendo de la existencia, algunas de las cuales podrían absorber energía y volverse reales. Los físicos creen que toda la materia de hoy, desde las galaxias a los seres vivos, se originaron a partir de estas fluctuaciones cuánticas primordiales. Pero los físicos están más interesados en esta época por lo que podría revelar acerca de la gravedad cuántica .
"La escala de Planck es la energía en la que las dos principales teorías de la física - la gravedad y la teoría cuántica de campos-necesariamente se combinan", dijeron Jackson y Schalm . "La teoría resultante de la gravedad cuántica es uno de los grandes problemas abiertos de la física, aunque por ahora hay una gran cantidad de evidencia de que la teoría de cuerdas es la respuesta. En un mundo ideal uno quisiera poner a prueba esto experimentalmente. Por desgracia, esta escala de energía de Planck está ridículamente más allá del alcance de los experimentos estándares,tales como los aceleradores de partículas: sería como tratar de tocar a la Luna con tu mano .Afortunadamente, la naturaleza realizó una sola vez un experimento de ultra-alta energía, posiblemente, capaz de comprobar la escala de Planck: el Big Bang. Ahora bien, aunque no podemos volver a hacer el Big Bang, podemos ser testigos de sus consecuencias ".
Uno de los métodos más instrumentales de la detección de las consecuencias del Big Bang es la medición de la radiación del CMB - el débil brillo, en su mayor parte del fondo de frecuencias de microondas que impregna todo el universo y el cual representa las sobras de la época de la recombinación en el universo temprano, cuando los átomos estaban empezando a formarse, el CMB es casi totalmente uniforme, a excepción de algunas pequeñas fluctuaciones de temperatura en la radiación que los científicos detectaron por primera vez en los años 90. Estas fluctuaciones de la temperatura se derivan de las fluctuaciones cuánticas primordiales que se produjeron durante la inflación.
Los datos del CMB han permitido a los científicos calcular el espectro de las longitudes de onda de las fluctuaciones cuánticas primordiales, ofreciendo algunos de los primeros datos experimentales. Aunque el espectro calculado a partir de las observaciones se acerque al espectro calculado a partir de las teorías actuales, el continuo avance de los experimentos de alta precisión podría proporcionar la oportunidad de observar algo nuevo.
"Los detalles de la gravedad cuántica podrían ser codificados en las fluctuaciones del campo cuántico responsable de la rápida inflación del Universo , cerca del Big Bang ", escribieron los físicos. "El diagnóstico principal - el espectro de potencia de estas fluctuaciones cuánticas de campo -. Podría contener una gran cantidad de información sobre la física de alta energía que tuvo lugar durante este período inflacionario"
Tras cálcular las correcciones genéricas universales a la potencia del espectro inflacionario, Jackson y Schalm esperan poder ofrecer un punto de partida para el análisis de una amplia variedad de nuevas teorías de la física. Las correcciones universales son independientes de los detalles precisos de cualquier teoría de la gravedad cuántica o de otra desconocida física en la escala de Planck, pero los experimentos futuros podrían ayudar a reducir estas posibilidades. En particular, los próximos experimentos Planck y , CMBPol/Inflation Probe cuyo objetivo es medir las fluctuaciones de la temperatura del CMB con una sensibilidad sin precedentes, podrían tener una oportunidad en la detección de las pequeñas correcciones. Si los experimentos futuros logran observar estas correcciones, los resultados podrían revelar una nueva física en la escala de Planck.
"Hemos calculado exactamente qué buscar en términos de características específicas del espectro de potencia", escribieron Jackson y Schalm. "Nuestra clave es que el rasgo dominante debería depender sólo de la relación de la escala de la inflación a la escala de Planck. La importancia de nuestro estudio es que ahora se pueden analizar los efectos observacionales de teorías físicas a escalas de energía que habrían sido imposibles de estudiar con anterioridad. Estas incluyen las teorías de la gravedad cuántica, como la teoría de las supercuerdas. Como complemento de las herramientas teóricas que hemos desarrollado está la gran cantidad de datos de precisión cosmológica que pronto estarán disponibles por ejemplo desde el satélite Planck. Los investigadores serán capaces de calcular predicciones experimentales para algunos modelos de la física de alta energía. Si los datos se apartan de la predicción, el modelo puede ser descartado. Si son similares, se puede refinar el modelo.
Los físicos describen las correcciones como un mapa, similar a un mapa que un pasajero puede usar para navegar en el metro de París, pero en este caso el mapa es para mostrar a los físicos como analizar cualquier nuevo modelo físico que ellos desarrollen. En cierto sentido, es similar a la forma en que el pasajero puede usar un mapa para llegar a cualquier destino en la línea de metro, incluso si el pasajero aún no sabe a dónde quiere ir.
"La gente había estudiado algunos modelos individuales de modificaciones de alta energía durante la inflación, pero las herramientas de análisis eran completamente específicas para ese modelo en particular", escribieron Jackson y Schalm. "Si uno ajustaba el modelo aunque sea un poco, no tendría ninguna idea de cómo estudiarlo. Lo que hemos hecho es dar un mapa de cómo analizar cualquier modelo. Basta con tomar el modelo, seguir algunas reglas simples y se puede calcular lo que quieras. Damos algunos ejemplos sencillos de cómo hacer esto, pero las herramientas no son específicas de esos modelos. Es por eso que decimos que hemos desarrollado el conjunto de herramientas independientes del modelo para analizar la física de alta energía. "
Los físicos esperan que el nuevo mapa será de utilidad en el futuro,incluso aunque no sepan exactamente dónde se dirigen, o qué tipo de física de alta energía pudo haber existido durante la inflación.
"Si los experimentos de hecho encuentran algunas características en el espectro de potencia", dijeron, " aún no podremos entender con precisión que física causa estas características, pero va a demostrar que hay alguna nueva modificación de muy alta energía de la inflación , y esto puede ser consecuencia de la gravedad cuántica. "
fuente de la información:
http://www.physorg.com/news/2012-03-physicists-physics-primordial-quantum-fluctuations.html
