físicos realizan progresos en la comprensión de la "sopa primordial".

Un artículo que apareció recientemente en un número de la revista Science describe descubrimientos innovadores que han surgido desde el Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, las sinergias con el programa de iones pesados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Europa, y las cuestiones apremiantes impulsarán los avances de esta investigación a ambos lados del Atlántico. Con detalles que ayudan a iluminar nuestra comprensión de la caliente materia nuclear que impregnaba el universo temprano, el artículo es un preludio de los últimos hallazgos científicos de ambas instalaciones y que se presentarán en la próxima reunión de físicos dedicados a la investigación - Quark Matter 2012, del 12-18 de Agosto en Washington, D.C.
"La materia nuclear en el Universo actual se esconde dentro de los núcleos atómicos y estrellas de neutrones", comienzan los autores, Barbara Jacak, una profesora de física en la Universidad Stony Brook, y portavoz del experimento PHENIX en el RHIC, y Berndt Mueller , un físico teórico en la Universidad de Duke. Las colisiones entre iones pesados en máquinas como el RHIC, funciona desde el año 2000 y, más recientemente,en el LHC,lo que hace a este reino oculto accesible para recrear las condiciones extremas de los inicios del universo en una escala microscópica. Las temperaturas alcanzadas en estas colisiones - más de 4 billones de grados centígrados,lo más caliente que jamás se haya creado en un laboratorio – brevemente liberan a los quarks y los gluones subatómicos que componen los protones y neutrones de los núcleos atómicos ordinarios para que los científicos puedan estudiar sus propiedades e interacciones.

"Los quarks y los gluones que los mantienen unidos son los componentes básicos de toda la materia visible que existe en el universo hoy en día - desde las estrellas, los planetas,y hasta las personas", dijo Jacak. "La comprensión de la evolución de nuestro universo por lo tanto requiere el conocimiento de la estructura y dinámica de estas partículas en su forma más pura, una primordial 'sopa' que se conoce como plasma quark-gluon (QGP)."

El RHIC fue la primera máquina en demostrar la formación del plasma quark-gluón, y determinar sus propiedades inesperadas. En lugar de un gas ideal de débilmente interactuantes quarks y gluones, el QGP descubierto en el RHIC se comporta como un líquido sin apenas fricción. Esta materia extremadamente baja en viscosidad (cerca de la más baja teóricamente posible), tiene la capacidad para detener energéticos chorros de partículas en sus trayectorias, y la obtención muy rápida de una alta temperatura de equilibrio, sugieren que los componentes del fluido están interactuando fuertemente, o están acoplados.

diagrama de fase nuclear,el RHIC explora en el nivel de energía "idóneo" para observar la transición de la materia ordinaria compuesta de hadrones a la materia del temprano universo conocida como plasma quark-gluón.Crédito .Brookhaven National Laboratory.

"La comprensión de los sistemas fuertemente acoplados o fuertemente correlacionados está a la vanguardia intelectual de varios subcampos de la física", escriben los autores. Los hallazgos en el RHIC tienen conexiones inesperadas a varios de ellos, incluyendo plasmas convencionales, superconductores, e incluso algunos átomos en el extremo opuesto de la escala de temperatura, una mínima fracción de un grado por encima del cero absoluto – los cuales también se comportan como un fluido casi perfecto con muy baja viscosidad cuando están confinados dentro de una trampa atómica.

Otra impresionante sorpresa fue que los enfoques matemáticos utilizando los métodos de la teoría de cuerdas y teóricos agujeros negros ocupando dimensiones extra podrían ser utilizados para describir algunos de estos aparentemente no relacionados sistemas fuertemente acoplados, incluyendo el líquido casi perfecto del RHIC. " Los físicos estaban asombrados ", señalan los autores. Aunque la matemática es clara y bien establecida, las razones físicas para la relación siguen siendo un profundo misterio.

Cuando el LHC comenzó sus primeros experimentos de iones pesados en el 2010 - a la energía casi 14 veces mayor que el RHIC - ellos en gran medida confirmaron los hallazgos pioneros del RHIC de la evidencia de un líquido fuertemente acoplado y de baja viscosidad, aunque a una temperatura de alrededor del 30 por ciento más alta que en el RHIC . Con un rango de energía más alto, el LHC ofrece una tasa más alta de partículas raras, tales como los pesados quarks (charm y bottom), y chorros de alta energía que pueden probar las propiedades particulares del sistema QGP. El RHIC puede ir a más bajas energías y colisionar una amplia gama de iones desde protones, de cobre,oro, y uranio - y producir colisiones asimétricas entre dos diferentes tipos de iones. Esta flexibilidad en el RHIC permite a los científicos producir un QGP bajo una amplia variedad de condiciones iniciales, y de ese modo para distinguir las propiedades intrínsecas del QGP desde la influencia de las condiciones iniciales.

"Las dos instalaciones son realmente complementarias", dijo Mueller, cuyo trabajo sobre la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe las interacciones de los quarks y los gluones, ayuda a los experimentos como guía y a interpretar los resultados en ambas instalaciones. "Tanto el RHIC como el LHC son esenciales para avanzar en nuestra comprensión de las interacciones subatómicas que regían el universo temprano , y cómo aquello dió forma a la materia de hoy, cuando colapsaron en las formas más comunes. "

Una parte esencial de la investigación experimental y teórica del futuro será una exploración detallada del "diagrama de fase nuclear - como la materia de quarks evolucionó sobre un rango de energías, temperaturas y densidades. El LHC va a buscar en el más alto rango de energías, donde la materia producida contiene quarks y antiquarks en el equilibrio casi total. Pero toda la evidencia hasta la fecha desde ambos colisionadores sugiere que el RHIC se encuentra en la energía de "dulce avistamiento" para explorar la transición de la materia ordinaria al QGP - análogo a la forma en que una sustancia común y corriente como el agua cambia de fases de hielo a agua líquida y a gas.

"Es muy gratificante que nuestro programa experimental ha estado tan bien hasta ahora. Las conexiones con otras áreas de la física son intrigantes, y los resultados están resultando ser aún más interesante de lo que esperábamos ", dijo Jacak.





se puede encontrar el estudio de Barbara Jacak AQUÍ.






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http://phys.org/news/2012-07-physicists-primordial-soup.html

existieron "Oscilones" en el temprano universo señala nuevo estudio.

Las ondas localizadas que suben y bajan sin disipar su energía, llamadas "Oscilones," puede haber dominado el universo poco después de la inflación. Una colaboración de físicos del MIT, la Universidad de Yale y la Universidad de Stanford han descubierto que grandes cantidades de Oscilones surgen en simulaciones basadas en varios modelos inflacionarios reales y podrían haber causado nuevos efectos gravitacionales en el universo temprano, aunque no está claro si los efectos podrían ser observados directamente en la actualidad.

simulaciones por computadora muestran que el período de inflación cósmica puede haber sido inmediatamente seguido por una fase dominada por oscilones en el temprano universo.Crédito.Amin, et al. ©2012 American Physical Society.

Los físicos han publicado su trabajo sobre la posibilidad de Oscilones existentes después de la inflación en un número reciente de la revista Physical Review Letters (ver aquí).

Como explican los científicos en su artículo, los Oscilones son excitaciones masivas y de larga duración de un campo escalar que está localizado, es decir, no se disipan como las ondas producidas al dejar caer una piedra en un estanque en calma. En su lugar, un oscilon cambia entre estar en una colina y un cráter alternativamente aumentando por encima y cayéndo por debajo del espacialmente uniforme estado del campo. En experimentos anteriores, los científicos han creado Oscilones por vibración vertical de una placa con una capa suficientemente gruesa de partículas granulares. Siempre que no estén perturbados, los Oscilones continuarán moviéndose arriba y abajo por cientos de miles de oscilaciones.


En el nuevo estudio, los físicos utilizaron simulaciones para investigar los requisitos necesarios para formar Oscilones justo después de la inflación, el período de rápida expansión que se produjo a partir de 10^-36 hasta 10^-33 segundos después del Big Bang. En una clase de modelos inflacionarios que incluyen algunos modelos inspirados en modelos de cuerdas y supergravedad, los científicos encontraron que la inflación es seguida por una auto-resonancia la cual a su vez genera un gran número de Oscilones.

"Al final de la inflación, el inflatón (el agente responsable de la inflación) estaría oscilando hacia arriba y abajo, en sintonía en todo el universo", dijo el coautor Mustafa Amin del MIT, hablando en representación de los coautores, Richard Easther, Rafael Flauger , y Hal Finkel (de la Universidad de Yale , el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton , y el Laboratorio Nacional Argonne respectivamente), y tambien de Hertzberg Mark de la Universidad de Stanford.

"Sin embargo, este estado sincrónico y homogéneo no se puede mantener por mucho tiempo", explicó. "Es inestable y rápidamente se fragmenta en un estado no homogéneo, grumoso. La rápida transferencia de energía desde el estado sincronizado al grumoso es lo que llamamos auto-resonancia. Nos referimos a ella como la auto-resonancia, porque la energía se transporta desde el estado sincrónico homogéneo a el estado grumoso del campo de la inflación en si misma. Interesantemente, las matemáticas que describen esta transferencia de energía es idéntica a la descripción de un niño impulsándo un columpio. El impulso del niño desempeña el papel del homogéneo inflaton oscilante, mientras que el arco de la oscilación se relaciona con la energía en el estado grumoso. "

Según las simulaciones, los Oscilones en el universo primitivo habrían vivido el tiempo suficiente para que el universo creciera en un factor de 100 o más, bajo el supuesto de que la transferencia de energía a otras partículas es suprimida. Este período puede alterar nuestra visión de cómo se veía el universo entre el final de la inflación y el comienzo del dominio de la radiación.

En el video anterior, las superficies se dibujan cuando la densidad de la inflación es igual a 4x densidad media y 12x densidad media. El tamaño de la caja es una fracción no despreciable del volumen de Hubble al final de la inflación. Producción copiosa de Oscilones al final de la inflación (las gotas esféricas anteriores) mejoran significativamente el espectro de potencia en las escalas sub- horizonte , con potencialmente interesantes consecuencias gravitacionales.Crédito del vídeo: Amin et al.

"En muchos modelos de producción de las partículas después de la inflación, el inflatón rápidamente transfiere su energía a un mar turbulento de partículas intermedias, las que eventualmente decaen en las partículas que conocemos y queremos", dijo Amin. "Nuestro trabajo demuestra que, incluso si la transferencia de energía a otras partículas es suprimida, el inflatón puede fragmentarse rápidamente en localizadas y coherentes estructuras, llamadas Oscilones. Estos Oscilones son tan omnipresentes que pueden dominar la densidad de energía del universo en ese momento, lo cual es sin duda una novedad. En cuanto a la alteración de nuestro cuadro básico de los inicios del universo, la presencia de Oscilones aumenta la grumosidad del universo a pequeña escala a finales de la inflación. Su presencia también podría alterar la forma en que la energía del inflatón finalmente se transfiere a otras partículas, y por cuánto tiempo se tarda en hacerlo. Sin embargo, para hacer declaraciones concretas acerca de esto y su impacto en la astrofísica en general, tenemos que estudiar modelos más realistas, incluyendo muchos más tipos de partículas e interacciones gravitatorias entre Oscilones ".


Amin explicó que, aunque estos Oscilones habrían sido demasiado pequeño para verlos y de muy corta duración, el gran número de ellos les habría permitido tener un impacto significativo en el universo temprano.

"En la clase de modelos que hemos considerado, los Oscilones son más pequeños que el horizonte de Hubble en el momento de la producción", dijo. "El horizonte de Hubble es una medida de la distancia típica que la luz puede viajar mientras que el universo se duplica en tamaño, y puede ser menor que el tamaño de un átomo. Aunque pequeños en comparación con las escalas humanas, los Oscilones son grandes en el sentido siguiente. Los Oscilones pueden ser considerado como una bolsa de un gran número de partículas inflatón. Esta bolsa de partículas individuales puede ser muy pesada en comparación con las partículas más pesadas conocidas. Aunque los números exactos de Oscilones producidos dependerá de los detalles de los modelos utilizados, suficientes de ellos pueden ser producidos para dominar la densidad de energía del universo en ese momento. Sus vidas son una pequeña fracción de un segundo. Sin embargo, incluso en esta pequeña fracción de segundo, el universo duplica su tamaño muchas veces! En lo que a esta duplicación en la escala de tiempo del universo se refiere, ellos viven mucho y pueden tener un fuerte impacto en la dinámica dentro del universo en ese momento. En cuanto a si se mueven al unísono, las simulaciones muestran que la mayoría de los Oscilones no se mueven mucho, una vez que se forman (como hemos mencionado antes, son más bien pesados), y la distancia entre ellos aumenta a medida que el universo se expande. Sin embargo, si la fuerza gravitatoria entre ellos es incluida, ellos podrían agruparse para formar cúmulos de Oscilones ".

Los Oscilones son localizados, son tiempo-periódicos,y son excitaciones de muy larga vida de los campos escalares con interacciones no lineales. La animación de arriba es una rebanada 2D a través del centro de un oscillon. Crédito vídeo: Amin, et al.

Los físicos calculan que un universo dominado por oscilones afectaría a las fluctuaciones de densidad que aparecieron en esa época que más tarde condujeron a la formación de galaxias, estrellas y planetas. Ellos encontraron que los abundantes Oscilones habrían podido aumentar el espectro de frecuencias de las inhomogeneidades iniciales, o espectro de potencia primordial, en escalas muy pequeñas. Esta mejora, a su vez, podría haber posiblemente llevado a nuevos efectos gravitacionales en ese momento.

"Cuando la gravedad es incluida,los Oscilones se atraen entre sí, posiblemente formando estructuras enlazadas y conduciendo a la formación de estructuras no muy diferentes de las que suceden en el universo contemporáneo (con excepción de que esto sucede en una escala de longitud muy pequeña y muy temprano en la historia del universo ) ", dijo Amin. "Además, los Oscilones pueden combinarse, fragmentarse o dispersarse entre sí de forma compleja cuando se acercan los unos a los otros. Otra posibilidad (aún más especulativa) es que algunos de estos objetos podrían combinarse y colapsar para formar agujeros negros primordiales, los cuales podrían rápidamente evaporarse. Todas estas posibilidades se deben seguir trabajando, y nos mantendrán ocupados. "

Agregó que la presencia de Oscilones probablemente no habría tenido ningún efecto sobre las actuales observaciones, ya que los Oscilones existieron en escalas mucho más pequeñas que aquellas que contribuyen a la formación de estructura a gran escala

"No está claro si estos Oscilones primordiales tendrá un efecto hoy", dijo Amin. "No hemos comprendido todas sus implicaciones todavía especialmente cuando otras partículas y la gravedad está incluidas en las simulaciones."

Amin y sus colaboradores, no son los únicos científicos que investigan la posible existencia de Oscilones poco después de la inflación. Otros investigadores, incluidos los de Dartmouth College y la Universidad de Sussex, también han encontrado que los Oscilones se pueden producir fácilmente en los diferentes procesos de inicios del universo. Pero todavía tienen muchas preguntas sin respuesta para investigar.

"Algunos de nosotros estamos trabajando en tratar de entender que tan sólidos estos Oscilones son cuando las partículas nuevas se incluyen en las simulaciones las cuales pueden hacer sangrar la energía de los Oscilones", dijo Amin. "Algunas de las preguntas que nos interesan son: (1) ¿La presencia de Oscilones retrasa la velocidad a la que la inflación transfiere su energía a otras partículas? (2) ¿Cómo se agrupan los Oscilones en presencia de la gravedad? No se constituyen en cúmulos ? Pueden colapsar para formar agujeros negros primordiales? (3) También estamos interesados en estudiar lo que sucede durante la colisión de Oscilones. Estas interacciones serán importantes para comprender el destino final de una colección de Oscilones producidos en el universo primitivo. "






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http://phys.org/news/2012-07-early-universe-dominated-bobbing.html

detección del movimiento de las galaxias a partir del CMB.

Las observaciones del camino de la luz dispersada por los grandes cuerpos astrofísicos proporciona una confirmación independiente del modelo estándar de la cosmología.

El fondo cósmico de microondas (CMB)-la reliquia de fotones de las primeras etapas del universo-está bien establecido como una prueba precisa de la cosmología, el cual proporciona una imagen clara del universo cuando tenía 1/1000 de su tamaño actual. Una nueva generación de experimentos, ahora hace posible utilizar también el CMB para sondear estructuras a gran escala, como galaxias y cúmulos de galaxias, en aquellas partes del universo que están relativamente cerca. En Physical Review Letters [ ver aquí ], un equipo internacional de investigadores encabezados por Nick Hand informan de que han sido capaces de detectar la tendencia de los grandes cúmulos de materia a moverse los unos hacia los otros con los datos del CMB recogidos por el Telescopio Atacama Cosmología (ACT) y con un gran catálogo de galaxias recopiladas por el Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), un experimento diseñado para detectar las huellas de las primeras ondas de sonido del universo en la distribución de galaxias locales. Mediciones como éstas proporcionan nuevas pruebas de la gravedad a grandes escalas, así como una perspectiva diferente sobre la energía oscura, la extraña forma de densidad de energía que parece impulsar la expansión acelerada del universo.


Las mediciones del CMB han avanzado en la sensibilidad y resolución angular, hasta el punto en que ahora es posible no sólo caracterizar la densidad de fluctuaciones que existían en el universo temprano, sino también medir las sutiles distorsiones del CMB causadas por los fotones que interactúan con grupos grandes de materia en el universo relativamente local. En comparación con otros métodos de observación de la distribución de galaxias, las mediciones del CMB son sensibles a diferentes aspectos de los procesos de formación de estructuras y en diferentes épocas cósmicas, y por lo tanto, son complementarias pruebas de cosmología. Uno de tales ejemplos es el efecto de lente gravitacional del CMB, donde la gravedad de las fluctuaciones de densidad a gran escala distorsiona y agranda las anisotropías de temperatura impresas en el universo temprano. La primera detección de este efecto [ ver aquí ] utilizó datos de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe [ ver aquí ]. Mediciones posteriores por parte del ACT [ver aquí y aquí] y el Telescopio del Polo Sur (SPT) [ ver aquí ] mejoraron esta medida.

fig nº 1, el Atacama Space Telescope observa el movimiento de grandes masas tales como los cúmulos de galaxias ,trás detectar el corrimiento de frecuencia en el fondo cómico de microondas el cual se dispersa inelásticamente debido al movimiento de las masas.La luz dispersada desde un cúmulo de galaxias que se aleja del observador es corrida a más largas longitudes de ondas (más fría o corrimiento al rojo).Los cúmulos de galaxias que se mueven hacia el observador dispersan la luz a más cortas longitudes de ondas(más caliente o corrimiento al azul).Crédito.APS/Alan Stonebraker: (Top) ESO; (Bottom) ESA/Hubble/NASA.

Además de experimentar los efectos de la gravedad, los fotones del universo temprano pueden inelásticamente dispersarse (dispersión Compton) con los electrones libres que se encuentran en los gases altamente ionizados en el universo local, un proceso que generalmente se conoce como el efecto Sunyaev-Zel'dovich [ ver aquí ]. Cuando la interacción es entre los fotones relativamente fríos del CMB y los calientes electrones calentados por la compresión gravitacional,esto se conoce como el efecto térmico Sunyaev-Zel'dovich, y ha sido bien estudiado en las últimas décadas. En los últimos años, el SPT, el ACT, y el satélite Planck han utilizado el efecto para descubrir nuevos cúmulos masivos de galaxias en los mapas del CMB [ver aquí,aqui y aquí].

Los fotones también pueden dispersarse a partir de nubes de electrones con una velocidad mayor, pero este llamado efecto cinemático
Sunyaev-Zel'dovich nunca antes ha sido detectado. La fuente del efecto es que las nubes de electrones que se mueven alejándose del observador darán lugar a un ligero desplazamiento al rojo de los fotones dispersados, mientras que las nubes moviéndose hacia el observador causaran un ligero corrimiento hacia el azul (ver Fig. 1). La magnitud de este efecto es del orden de v/c (~10^-3, basados en lo que se conoce acerca de la mayoria de los flujos cosmológicos) veces la probabilidad de dispersión (~ 1% para un cúmulo de galaxias). Lo que esto significa para un CMB con una temperatura media de 2.73 Kelvin es que los fotones serán desplazados por el orden de los µK. Los resultados recientes de Nick Hand utiliza la combinación de datos del ACT y el experimento BOSS para ofrecer la primera detección de este efecto.


El enfoque de Hand para detectar el efecto es bastante robusto. Las galaxias y cúmulos de galaxias son las regiones de mayor densidad de masa, por lo que las galaxias o cúmulos de galaxias que están cerca las unas de las otras deberían atraerse entre ellas. Teniendo en cuenta esto un observador que mira a dos galaxias que esten cerca la una a la otra, debería ver a la más lejana a uno moviéndose hacia la más cercana a uno (hacia el observador), mientras que la galaxia más cercana se vería alejandose del observador. Los electrones libres asociados a cada galaxia deberían, igualmente, tener velocidades opuestas, lo que lleva a una anticorrelación distinta entre las temperaturas observadas del fondo de microondas en la localización de estas galaxias. El signo del efecto está bien definido (el objeto más distante debe ser desplazado al azul en comparación con el menos distante a uno), y la dependencia espacial también se puede predecir (más ampliamente separados pares deberían tener menos velocidad relativa), por lo que aunque la señal para cualquier par de galaxias es pequeña,se pueden promediar las mediciones sobre muchos pares para producir una detección.

Después de promediar más de 5000 galaxias, Hand de hecho encuentra una clara detección del efecto cinético Sunyaev-Zel'dovich, con una amplitud que está de acuerdo con las expectativas de las simulaciones de la estructura a gran escala en el universo. Dado que es una prueba cosmológica independiente, la detección es un gran éxito para el modelo cosmológico, el cual supone que hay una mezcla de la materia oscura y energía oscura. Las alternativas a la energía oscura y materia oscura a menudo predicen una tasa de crecimiento diferente para las estructuras cósmicas de lo que es predicha por el modelo cosmológico estándar;. El trabajo de Hand proporciona un medio para poner a prueba estas ideas. Sus resultados también señalan el camino hacia una nueva prueba de la gravedad y la cosmología. Con mapas más sensibles del CMB y con los próximos sondeos de amplias áreas de galaxias las cuales se extienden a un mayor desplazamiento hacia el rojo, será posible medir directamente la aceleración gravitacional a grandes separaciones. Estas mediciones permitirán probar la relatividad general a escalas muy grandes [ ver aquí].


Los experimentos del CMB siguen mejorando y perfeccionando nuestra comprensión del universo temprano y nos están ayudando a buscar la firma de la radiación gravitacional desde los primeros momentos del universo. También podemos esperar una rápida mejora en las mediciones del CMB del universo local. El experimento SPT tiene un conjunto existente de datos grande que es muy adecuado para este propósito, y ambos el SPT y el ACT han completado mejoras importantes para mejorar su sensibilidad y la velocidad con la que pueden mapear porciones del universo. Por lo tanto, a medida que aprendemos más sobre los primeros momentos del universo, también podemos obtener nuevos puntos de vista del universo de hoy en día.





artículo del físico Gilbert P. Holder para Physics.aps.






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http://physics.aps.org/articles/v5/81

la gravedad cuántica ¿puede ser empíricamente probada?.

La teoría cuántica parece ser un marco universal para la interacciones físicas. El Modelo Estándar de física de partículas, por ejemplo, es descrito por una teoría de campo cuántica de las interacciones fuerte y electrodébil. La única excepción hasta ahora es la gravedad, que está correctamente descrita por una teoría clásica: la teoría de Einstein de la relatividad general. La expectativa general, sin embargo, es que la relatividad general es incompleta y debe combinarse con la teoría cuántica a una teoría fundamental de la gravedad cuántica [ver aquí y aquí]. Una de las razones son los teoremas de singularidades en la teoría de Einstein, el otro es el universal acoplamiento de la gravitación a todas las formas de energía y por lo tanto a la energía de todos los campos cuánticos.


A pesar de muchos intentos en los últimos 80 años, una teoría cuántica final de la gravedad es difícil de alcanzar. Hay varios enfoques, que tienen sus ventajas y deficiencias . Un problema importante en la búsqueda de una teoría final es la falta de pruebas empíricas hasta ahora. Este problema generalmente se atribuye al hecho de que la escala de Planck, en el que los efectos cuánticos de la gravedad se suponen que sean fuertes, está muy remota de cualquier escala pertinente. Expresada en unidades de energía, la escala de Planck es 15 órdenes de magnitud más alta que incluso la energía alcanzable del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Ginebra. Por tanto, es inútil investigar la escala de Planck directamente por los experimentos de dispersión.

En nuestro estudio [ver aquí], hemos abordado la cuestión de si los efectos de la gravedad cuántica se pueden observar en un contexto cosmológico. Más precisamente, se ha investigado la presencia de posibles efectos en el espectro de la anisotropías del fondo cósmico de microondas (CMB).

Sin embargo, dada la presencia de muchos enfoques, cual marco se debería usar para los cálculos? Hemos decidido ser lo más conservadores posible y basar nuestra investigación sobre geometrodinámica cuántica (ver aquí), la cuantificación directa de la teoría de Einstein. La ecuación central en este enfoque es la ecuación de Wheeler-DeWitt, nombrada después del trabajo pionero de Bryce DeWitt y John Wheeler [ver aquí y aquí]. Se trata de un enfoque conservativo debido a que la ecuación de Wheeler-DeWitt es la ecuación cuántica, que conduce directamente a la relatividad general en el límite semiclásico. Ella tiene para la gravedad el mismo valor que la ecuación de Schrödinger tiene para la mecánica.

Mientras que la ecuación de Wheeler-DeWitt es difícil de resolver en toda su generalidad, se puede tratar en un esquema de aproximación que es similar a un esquema conocido de la física molecular - la aproximación de Born-Oppenheimer. Básicamente consiste en una expansión con respecto a la energía de Planck. Así pues, se supone que el relevante parámetro expansión es (el cuadrado de) la relevante escala de energía correspondiente a la energía de Planck. Un esquema de Born-Oppenheimer de este tipo se ha aplicado a la gravedad [ver aquí y aquí y aquí]. De esta manera, uno primero llega al límite de la teoría de campo cuántica para un fondo fijo. El siguiente orden entonces da las correcciones cuánticas-gravitatorias que son inversamente proporcionales a la masa de Planck al cuadrado. Estos son los términos de corrección que hemos evaluado para el CMB. La discusión cuantitativa, sobre la que se basa nuestro ensayo, se presenta [aquí]. Asumimos que el universo pasó por un período de expansión inflacionaria en una etapa temprana y que fue esta inflación la que produjo las anisotropías del CMB fuera de las cuales toda la estructura en el Universo han evolucionado.

¿Cuáles son los resultados? Los cálculos muestran que los términos de la corrección cuántica-gravitatoria conducen a una modificación del espectro de potencia de las anisotropías que es más pronunciado para grandes escalas, es decir, para separaciones angulares grandes en el cielo. Más precisamente, se encuentra una supresión de la potencia a gran escala. Tal supresión puede, en principio, ser observada. Dado que hasta el momento tal señal no se ha identificado, ni siquiera en las mediciones del satélite WMAP, podemos encontrar en nuestra investigación sólo un límite superior a la tasa de expansión del Universo inflacionario. El efecto es por lo tanto demasiado pequeño para ser visto, según parece, aunque se espera que sea considerablemente más grande que los efectos cuánticos-gravitatorios en el laboratorio.

Una investigación similar se hizo para la cosmología cuántica de bucles [ver aquí]. Encontrándose que los efectos gravitacionales cuánticos conducen a una mejora de la potencia a gran escala, en lugar de una supresión. Estas consideraciones por lo tanto pueden ser capaces de discriminar entre los diferentes enfoques de la gravedad cuántica.

¿Cuáles son las implicaciones para las futuras investigaciones? Queda por ver si el tamaño de las correcciones cuántico-gravitatorias pueden llegar a ser lo suficientemente grande como para ser observables en otras circunstancias. Uno podría pensar en la polarización de las anisotropías del CMB o en las funciones de correlación de las galaxias. Estas investigaciones son importantes porque no habrá ningún avance fundamental en la investigación de la gravedad cuántica sin la guía de observación. Esperamos que nuestro ensayo estimule la investigación en esta dirección.





artículo de los físicos Claus Kiefer y Manuel Krämer para 2physics.com






fuente de la información:





http://www.2physics.com/2012/07/quantum-gravity-can-it-be-empirically.html#links