¿Cómo comenzó el universo? ¿Y qué vino antes del Big Bang? Los cosmólogos 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 oculto y ocultovista de nuestros telescopios más potentes. Sin embargo, las observaciones que hacemos hoy pueden dar pistas sobre el origen del universo. Una nueva investigación sugiere una nueva forma de explorar el comienzo del espacio y el tiempo para determinar cuál de las teorías en competencia es correcta.
El escenario teórico más ampliamente aceptado para el comienzo del universo es la inflación, que predice que el universo se expandió a una tasa exponencial en la primera fracción fugaz de un segundo. Sin embargo, se han sugerido varios escenarios alternativos, algunos prediciendo un GranCrunch antes del Big Bang. El truco es encontrar medidas que puedan distinguir entre estos escenarios.
Una fuente prometedora de información sobre el comienzo del universo es el fondo cósmico de microondas CMB: el resplandor remanente del Big Bang que impregna todo el espacio. Este resplandor parece suave y uniforme al principio, pero al examinarlo más de cerca varía de a poco.cantidades. Esas variaciones provienen de fluctuaciones cuánticas presentes en el nacimiento del universo que se han extendido a medida que el universo se expandió.
El enfoque convencional para distinguir diferentes escenarios busca posibles rastros de ondas gravitacionales, generadas durante el universo primordial, en el CMB. "Aquí proponemos un nuevo enfoque que podría permitirnos revelar directamente la historia evolutiva del universo primordial desdeseñales astrofísicas. Esta historia es única para cada escenario ", dice el coautor Xingang Chen del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica CfA y la Universidad de Texas en Dallas.
Si bien los estudios experimentales y teóricos previos dan pistas sobre las variaciones espaciales en el universo primordial, carecen del elemento clave del tiempo. Sin un reloj que mida el paso del tiempo, la historia evolutiva del universo primordial no puede determinarse sin ambigüedades.
"Imagina que tomaste los fotogramas de una película y los apilas al azar uno encima del otro. Si esos fotogramas no están etiquetados con una hora, no puedes ponerlos en orden. ¿El universo primordial crujió o golpeó?Si no sabe si la película se está ejecutando hacia adelante o hacia atrás, no puede notar la diferencia ", explica Chen.
Esta nueva investigación sugiere que tales "relojes" existen, y pueden usarse para medir el paso del tiempo en el nacimiento del universo. Estos relojes toman la forma de partículas pesadas, que son un producto esperado de la "teoría de todo" queunirán la mecánica cuántica y la relatividad general. Se denominan los "relojes estándar primordiales".
Las partículas pesadas subatómicas se comportarán como un péndulo, oscilando de un lado a otro de manera universal y estándar. Incluso pueden hacerlo de forma mecánica cuántica sin ser presionadas inicialmente. Esas oscilaciones o movimientos cuánticos actuarían como marcas de reloj y agregarán etiquetas de tiempoa la pila de cuadros de película en nuestra analogía.
"Las marcas de estos relojes estándar primordiales crearían meneos 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 Ciencia y Tecnología de Hong Kong. Sin embargo, los datos actuales no sont lo suficientemente precisa como para detectar variaciones tan pequeñas.
Los experimentos en curso deberían mejorar enormemente la situación. Proyectos como BICEP3 y Keck Array de CfA, y muchos otros experimentos relacionados en todo el mundo, recopilarán datos CMB exquisitamente precisos al mismo tiempo que buscan ondas gravitacionales.los relojes son lo suficientemente fuertes, los experimentos deberían encontrarlos en la próxima década. La evidencia de apoyo podría provenir de otras líneas de investigación, como mapas de la estructura a gran escala del universo, incluidas las galaxias y el hidrógeno cósmico.
Y dado que los relojes estándar primordiales serían un componente de la "teoría de todo", encontrarlos también proporcionaría evidencia para la física más allá del Modelo Estándar a una escala de energía inaccesible para colisionadores en el suelo.
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Materiales proporcionado por Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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