Imagen: Big Bang y la expansión del universo – crédito
NASA/WMAP
El
martes 8 de octubre se entregó el Premio Nobel de Física, fue otorgado al
físico belga François Englert de la Universidad Librela Universidad de
Edinburgo, Escocia, Inglaterra; no se consideró al físico belga Robert Brout,
que también perteneció al equipo investigador y trabajó junto a Higgs y Englert, había fallecido en 2011.
Los tres
desarrollaron en 1964 el mecanismo de Brout-Englert-Higgs de rotura espontánea
de la simetría electrodébil que da origen a la masa de las partículas
fundamentales, mecanismo que predice la existencia de una nueva partícula, el
bosón de Brout-Englert-Higgs, un bosón escalar que fue observado en las
colisiones del LHC en el CERN el 04 de julio de 2012. Como la secuencia de
nombres es larga, en la actualidad se conoce este bosón como el Bosón de Higgs.
El
término Big Bang o Gran Explosión en español curiosamente proviene del
astrofísico Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría, y que era a su
vez, principal defensor de la teoría del
estado estacionario, quien en 1949, durante una intervención en la BBC , dijo en son de mofa, que
el modelo descrito era solo un big bang.
De
todas maneras, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo
explosión ni fue grande, en rigor surgió de una “singularidad” infinitamente
pequeña antes del surgimiento y expansión del espacio-tiempo que habría sido el
mismo Big Bang el que lo habría generado. Por lo tanto, el término Big Bang es utilizado para referirse
específicamente al momento en el que se inició la expansión del Universo,
cuantificada en la Ley
de Hubble, como en un sentido general para referirse al paradigma cosmológico
que explica su origen y evolución.
La
teoría mantiene que en un instante,
durante una trillonésima parte de un segundo, tras la Gran Explosión
En
la actualidad, el Universo es más grande de lo necesario para explicar porqué
es tan homogéneo y tan isótropo a grandes escalas. Los nuevos elementos
tecnológicos que los seres humanos han desarrollado, le han permitido calcular que el Universo
visible tiene un radio de unos 93.000 millones de años luz, y va en aumento por
cuanto el Universo está en expansión.
Imagen:
La inflación del Universo
Para
explicarlo en forma sencilla, la inflación cósmica fue introducida en 1981 por
el físico Alan H. Guth y otros físicos. Las inhomogenidades y las anisotropías
en los primeros instantes de la Gran
Explosiónla ESA. En
Ante
el problema de la inflación del Universo, los físicos teóricos se han puesto de
acuerdo que el responsable de esta inflación cósmica, la fuente de la energía
inflacionaria, debe ser repulsiva para
la gravedad. La manera más sencilla de
lograr energía repulsiva es mediante un campo cuántico escalar, llamado Inflatón.
El
Inflatón
es un campo escalar cuántico hipotético, cuya partícula mediadora recibe el
mismo nombre [inflatones] y que ha sido postulado en cosmología como el
responsable de la hipotética inflación sufrida por el Universo durante su más
temprana etapa. Según la Teoría
Inflacionaria35 a 10-34 segundos después la
“explosión” inicial que formó el Universo.
Los detalles de la inflación cósmica
dependen del potencial de autointeracción del inflatón, es decir, como los
inflatones interaccionan con otros inflatones. Este potencial determina la tasa
de hiperexpansión cósmica durante la inflación y el mecanismo de parada de la
hiperexpansión que resulte en la expansión cósmica de Hubble. La exacta forma
de este potencial conduce a diferentes tipos de inflación que se diferencian en
el tamaño de las pequeñas inhomogeneidades y anisotropías que permanecen tras
la inflación y que más tarde dan lugar a la formación de las primeras Galaxias.
El Telescopio Espacial Planck ha observado
la polarización del fondo cósmico de microondas, su análisis será publicado en
junio de 2014, esperándose que permita descartar algunos modelos para el Campo
Inflatón, proporcionando una valiosa información sobre el período primigenio
del Universo.
¿Qué tiene que ver la Inflación con el Bosón
de Higgs? Tal vez la partícula de Higgs ha jugado un papel clave en los inicios
del Universo, preveía diferentes cantidades de partículas y antipartículas y se
determinó la densidad de la materia oscura que compone cinco sextas partes de
la materia cósmica. La partícula de Higgs es un elemento clave, por cuanto el
modelo cosmológico estándar permite la existencia de los bosones de Higgs y
Anti-Higgs en el universo primitivo. Sin embargo era un desequilibrio entre dos
partículas, debido a que el Bosón de Higgs interactúa con la materia normal,
que en última instancia cambia la relación entre el bosón de Higgs y su
antipartícula. Con el tiempo dio lugar a un universo con más materia que
antimateria; los físicos se refieren a su teoría como Higgsogenese – análoga a
bariogénesis – un proceso en el universo temprano, a través de más bariones
[partículas de una familia que incluye, entre otros neutrones y protones] que
han incurrido como antibariones; por lo que el Higgsogenese es una alternativa.
Como el Inflatón y el Higgs son campos
escalares [campos de spin cero], la primera propuesta de Alan Guth fue que el
inflatón era el campo de Higgs, estudios posteriores presentaron indicios en
contra de esta idea. Los datos del Fondo Cósmico de Microondas obtenidos por el
Telescopio Espacial WMAP, asumiendo que el campo de Higgs es el campo inflatón,
permite acotar cosmológicamente que la masa del bosón de Higgs esta entre 135,6
GeV y 184,5 GeV; y como el bosón de
Higgs observado tiene una masa menor de 125,7 GeV se puede estar bastante seguro
que no es idéntico al inflatón, no quitando que pueda haber alguna relación entre ambos campos.
La existencia de las partículas
fundamentales fue puesta en duda por algunos teóricos, pero al haberse descubierto
el Bosón de Higgs en el CERN, es una prueba a favor de la existencia de otras
partículas escalares como el Inflatón.
Un bosón escalar es un bosón cuyo espín es
igual a cero [0], significando que tiene un espín entero, el escalar arregla
este valor a cero; el nombre de bosón escalar surge de la Teoría Cuántica
Hay varios modelos que proponen que el
campo de Higgs podría ser inflatón o al menos estar fuertemente acoplado con el
inflatón: de hecho, todo depende de cómo sea el acoplo entre el campo de Higgs
y la gravedad. Recordemos que en la
Teoría de Einstein, gravitan la energía y el momento, en un
sentido estricto, la masa no es la fuente de la gravedad, pues incluso
las partículas sin masa gravitan. La
masa gravita porque es energía. Como el Higgs es un campo escalar, se puede
acoplar a la gravedad usando un acoplo no mínimo, un valor razonable de esta constante permite
hacerlo compatible con los resultados experimentales, el campo de Higgs como
campo inflatón.
Un enfoque al Higgsogenese, es seguido por
un grupo de investigadores de la
Universidad de Lyon, cuyo trabajo titulado “Baryogenesis
Through Split Higgsogenesis” aparece en arXiv: 1307.6218 [hep-ph] de Cornell
University Library.
El inflatón y el Higgs son campos escalares
que pueden ser el mismo campo, pero hay argumentos teóricos e indicios
experimentales que apuntan a que son dos campos diferentes, y que podrían estar
acoplados en alguna forma; existen muchas teorías, su discusión será tema en el próximo tiempo.
Fuente: The Mule News-Francisco Villatoro- / Wikipedia
/ Michio Kaku / National Geographic /Spektrum.de / Nature /
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