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Biografía del Universo 03: Las edades de Planck




de 10-43 segundos a 10-35 segundos desde el inicio

En la entrada anterior de esta serie “Biografía del Universo“ hablamos de los comienzos perdidos en la niebla del conocimiento. Y hacía yo mucho hincapié en que no sabemos nada de nada. Nadie sabe lo que pasó en los primeros instantes. Simplemente podemos conjeturar en base a aplicar un “retroceso temporal” a los complejos cálculos que nos sugieren las teorías de la relatividad especial y la cuántica de campos. Insisto, son sólo conjeturas, aunque en honor de la verdad las propuestas salidas del cálculo, estas conjeturas son las que encajan prácticamente como anillo al dedo con el mundo que hoy en día observamos y experimentamos. Ligeramente esperanzados o claramente afirmados en estos apoyos, sigamos intentando clarificar las brumas. A través de ellas parece entreverse una posible historia enraizada en los matices que se apuntaron en la entrada anterior acerca del “universo espuma” como base ¿eterna? del tejido espacio-tiempo, en donde burbujea la cuántica y nace la gravedad como deformación producida por la energía interna.

Representación artística del Universo en sus escalas más pequeñas propuesta, entre otros, por la NASA (Imagen: NASA/CXC/M.Weiss, fair use)

El escenario: el tejido espacio-temporal vacío, ni energía ni partículas, y potencial a nivel cero. ¿Cómo de grande? No lo sabemos. De hecho, no sabemos siquiera si éste fue el escenario. Pero vamos a jugar con esta hipótesis. Un tejido que bien pudiera estar cuantificado por el rigor que impone la longitud o el tiempo de Planck. En estas semillas, el mundo de lo más pequeño, impera la ley de la mecánica cuántica. El principio de Heisenberg, del que hablamos en la entrada anterior, nos dice que en este entorno es posible la aparición de mucha energía durante un corto espacio de tiempo. Esta energía es la manifestación de un campo intrínseco a este cuanto de espacio-tiempo energizado. Aunque en estos tamaños no tenemos ni idea de como funciona la gravedad, ya que la teoría de la relatividad desgraciadamente no puede decirnos nada ahí -no tenemos ni idea de cómo funciona en las pequeñísimas escalas-. Podemos conjeturar con base a la idea de que, al haberse creado una energía a partir del vacío, esa energía produce gravedad, o lo que es lo mismo, deforma el tejido espacio-temporal. Creando así una burbuja expansiva. Esto sucedería en todo momento en cualquier punto del completo escenario, por lo que podemos llegar a la conclusión de que el espacio-tiempo, en su ámbito más general y absoluto, tiene una apariencia espumosa[1]. Lo cual incluso nos podría llevar hasta otro tipo de consideraciones relacionada con multiversos, que aquí no son nuestro propósito.

Antes de seguir, repito una vez más: ésta es una historia teórica, no tuvo porque ser una historia real, aunque a lo mejor fue así. Hoy creemos tener forma de calcularla, pero no podemos observarla. Quizás en un futuro podamos tener la foto primigenísima de las ondas gravitatorias -sí, el espacio-tiempo ondula ante una dinámica de variación de masa- surgidas en las perturbaciones de energía de aquel momento. Pero sigamos con la novela, volviendo al momento en que una de aquellas burbujas ha comenzado a tener vida propia. Un pequeño trozo del tejido espacio-tiempo se estaba expandiendo. Había robado energía de algún campo desconocido, quizás del propio espacio-tiempo, en una cuantía que es desconocida para nosotros. Sólo sabemos que hoy en día observamos en la radiación de nuestro Universo una energía equivalente en masa del orden de 1053 gramos. En los tiempos del espacio de Plank, donde se apoya el inicio para nuestras teorías, la temperatura del mini-universo -o la energía, que tanto da- era 1032 veces mayor que la de ahora. Luego para “crear” el Universo que conocemos tenemos que pensar que en su arranque la energía de la radiación primigenia debería ser del orden de 1085 gramos. Desde luego, es mucha, pero igual si nos asomamos al único banco energético del momento, el de Planck, podemos encontrar un activo suficiente para prestar lo que necesitamos: 1085 gramos. Desgraciadamente, parece que tenemos un problema de difícil solución, ya que la masa de Plank es tan solo del orden de 10-5 gramos.

¿Cómo se pudo pasar de una a otra? No adelantemos acontecimientos y vayamos paso a paso. Estamos en una situación de un universo que decimos pequeño, con mucha energía y que se expande. ¿Cómo sabemos que nuestro pequeño espacio se estaba expandiendo si no podemos medirlo? ¿Y por qué se expande?, e incluso ¿qué tenemos que entender cuando hablamos de que el tejido espacio-tiempo se expande?

La primera pregunta ya la contestamos en la entrada anterior. Básicamente es que debemos suponer que se expandía. Hoy somos capaces de observar que nuestro universo lo está haciendo e incluso podemos medir a qué velocidad y con qué aceleración lo hace. Si hoy se expande aceleradamente no es muy arriesgado pensar que si pudiéramos poner esta película marcha atrás observaríamos cómo se va contrayendo de forma cada vez más pausada. Lo cual nos lleva a la idea teórica del punto inicial del Big Bang. Volviendo de nuevo el vídeo al forward, no nos queda más remedio que imaginar que este punto se expandía. Por otro lado tenemos una teoría muy consistente, la de la Relatividad, que nos explica matemáticamente cómo lo hace: el Universo tiene que seguir una dinámica espacio-temporal que satisfaga una relación directa entre la geometría del universo y su distribución de energías. De forma que su variación de escala, en nuestro mundo de curvatura aparentemente nula, ha de seguir la siguiente ecuación:[2]

ä(t) = – K (ρ+3p) a(t)

en la que a(t) nos dice en cuánto varían las dimensiones del universo (y con dos puntitos es su aceleración), ρ es la densidad de energía de los campos presentes en el universo y p la presión que generan estos campos.

El Universo, por tanto, se expandía desde sus momentos primigenios. El fenómeno sólo afectaba a su propio tejido espacio-temporal y no a su contenido, que queda bajo el efecto de otras fuerzas, como la gravedad.[3] Como si estirásemos un mantel de caucho: el propio mantel se agrandaría, pero no las migas de pan que estuvieran sobre él. La pantalla de la película que hoy mide un metro, mañana medirá dos. Las partículas de polvo sobre ella seguirán igual, eso sí, pero cada vez más alejadas unas de otras, aunque también pudiera ser que dentro del contexto expansivo se estuvieran aproximando relativamente unas a otras gracias a la acción mutua de sus interacciones gravitatorias. No, la expansión que “engorda” al Universo no nos engorda a nosotros, como podemos colegir de la siguiente figura que intenta aclarar la realidad de lo que sucede.[4]

Atención: El eje es temporal y no espacial. No se expande la imagen por efecto de una perspectiva espacial sino que es más grande a medida que avanza el tiempo.

Pero ¿por qué lo hace? ¿Cuál es la causa que hace que se expanda? Es más, lo sigue haciendo justo en este mismo momento en que lo escribo y en el mismo momento que lo lees. También tenemos teorías para explicarlo, aunque la solución la vamos a aclarar con detalle en la siguiente entrada. No os inquiete la curiosidad. Ahora, supuesto ya entendido qué es esto de que el universo se expande, sigamos una vez más con nuestra historia interrumpida.

Todo había empezado a los t=10-43 segundos, cuando una “excursión” cuántica de energía seguida inmediatamente por la aparición de la gravedad, había generado nuestro pequeño y dinámico escenario. En el momento de partida tenía un nivel de energía de 1019 GeV que pronto decayó, gracias al efecto expansivo que enfriaba nuestro universo, hasta unos 1015 GeV, en el tiempo t=10-35 segundos. Esta energía era suficiente como para que de ella apareciesen pares partícula-antipartícula, cualquiera que tuviera una masa -lo que equivale a energía en reposo-[5] inferior. Es decir, todas las partículas que podamos imaginar incluidas las exóticas de la materia oscura que a día de hoy no sabemos ni cuáles son. Los componentes de cada par de partículas en aquel universo tan pequeño estaban muy próximos, así que tan rápidamente como aparecían desaparecían, aniquilándose mutuamente y dejando un rastro de energía.

Además de la gravedad, durante todo este periodo actuaba una sola interacción, una fuerza única en la que se identificaban la electromagnética y las nucleares fuerte y débil. El concepto de masa o de carga, ya fuera ésta de tipo eléctrica, de color o débil, no tenía sentido. Su campo asociado, conocido como Campo Unificado, mediaba su influencia a través de unos bosones de gran masa, conocidos como X e Y,[6] cuyas interacciones acoplan a las partículas más elementales que conocemos -quarks y leptones-,[7] y que son responsables de nuevos fenómenos, como la hipotética desintegración protónica. Y decimos hipotética porque la probabilidad de que se produzca es ínfima, aunque teóricamente posible. Al haber una sola fuerza fundamental, además de la gravedad, a este brevísimo periodo[8] se le conoce como el de la Gran Unificación.

Los bosones X e Y aparecerían de acuerdo a dos procesos físicos.[9] Uno se concretaba en la transformación de las partículas de radiación en pares de materia-antimateria X e Y, desapareciendo muy rápidamente en un estallido de energética radiación de fotones al interaccionar dichos pares entre sí. El segundo proceso correspondía a la aparición de partículas virtuales en episodios de inestabilidad cuántica, partículas que saltaban instantáneamente dentro y fuera de la existencia cumpliendo los mandatos del principio de incertidumbre. Si lo particularizamos para nuestros bosones X e Y debemos pensar que se desintegrarían espontáneamente tras brevísimos instantes debido a su gran masa, de unos 1015 GeV,[10] creando quarks y antiquarks además de leptones y antileptones siguiendo algunos de los modos de desintegración siguientes:[11]

X → quark up + quark up        X → positrón+ + antiquark down

Y → positrón+ + antiquark up       Y → quark down + quark up

 Y → antiquark down + antineutrino electrónico

Se cree que estos bosones en sus ciclos de nacer-morir no cumplirían una de las simetrías de las leyes físicas, en concreto la CP -de carga/espacio-,[12] que es la que fija la igualdad entre la materia y la antimateria en estos procesos. La consecuencia de ello es que con el tiempo se iban generando más partículas elementales de materia que de antimateria. Los modelos que estudian estos fenómenos nos dicen que debido sólo a ello, y ya para todo lo que quedaba de futuro, cuando la materia y la antimateria se habían definitivamente aniquilado, la primera dominó a la segunda en una proporción de 1 entre 109.

Materia + antimateria    fotón + fotón (antifotón)

La teoría de la Gran Unificación (GUT), que es con la que contamos para suponer lo que pudo pasar en estos momentos, nos dice que el anterior comadreo de patio de vecinos debió ser así hasta que la energía promedio del Universo bajó, por expansión y consiguiente enfriamiento, al nivel de 1015 GeV. Hago hincapié en que esto es lo que suponemos, ya que nuestro límite experimental nos lo da el LHC (Large Hadron Collider), que es el instrumento real con el que podemos penetrar más en la profundidad de las altas energías. Con él nos encontramos en la actualidad trabajando en el nivel de los 10 TeV,[13] muy alejados de las energías de un universo salido de las dimensiones de Planck. Pero también la GUT nos dice que aproximadamente en el nivel de 1015 GeV la interacción nuclear fuerte dijo adiós a sus otras dos compañeras, la débil y la electromagnética. Estas dos últimas seguirían unidas durante un brevísimo tiempo hasta el momento en que el Universo se situó en un nivel energético un poco superior a los 103 GeV. Esto sucedería más o menos en el tiempo 10-12 segundos desde el teórico inicio, momento en el que separaron sus interacciones.[14] Y es alentador el comprobar cómo los resultados de nuestros experimentos nos orientan hacia la realidad de este hecho, como podemos ver en la siguiente figura, con las tres fuerzas en una senda de aproximación a medida que aumenta la energía. Así que quizás la predicción de la GUT es correcta y las tres fuerzas fueron la misma antes de los últimos compases del periodo de inflación exponencial, coincidiendo en un entorno energético de 1015 GeV.

Diagrama que manifiesta la posible confluencia de las constantes de acoplamiento (strength) de las tres interacciones fundamentales de la física en un entorno energético de 1015 GeV. LEP, Large Electron-positron Collider, es parte del LHC, Large Hadron Collider, el cual trabaja en energías de hasta 104 GeV (Imagen de la red, fair use)

Así que más o menos en el momento t=10-35 segundos, con una energía en el entorno de 1015 GeV, la generación de pares de bosones X y de pares de bosones Y decayó[15] y tomó vida propia el campo de la interacción nuclear fuerte. A su lado había dejado a otro campo unificado que daba vida a las indistinguibles, por aquella época, interacciones electromagnética y nuclear débil.

La separación de la interacción GUT en las dos nuevas, nuclear fuerte y electrodébil, supuso algo semejante a un cambio de fase en el Universo. Un cambio de fase[16] implica la existencia de una cierta cantidad de energía que no se utiliza para incrementar la temperatura sino, simplemente, para producir los cambios internos del sistema que experimenta tal cambio de fase. Se supone que el cambio de fase por la ruptura de la simetría de las fuerzas introdujo en el Universo una cantidad de energía que debió añadirse a la que sustentaba la expansión original. Puede que no influyera decisivamente en lo que vino después, pero sí es cierto que más o menos a partir de aquel momento se debió iniciar una gran excursión inflacionista en el tejido espacio-tiempo de nuestro Universo. Una expansión que duplicó cien veces su tamaño (lo que equivale a un factor de escala de 1030), de forma que en el tiempo t=10-32 segundos desde el inicio nuestro Cosmos, el universo pasó de tener un tamaño algo menor que un protón reducido en un factor de 10-20, al de una “esfera” de 10 centímetros.

Quizás la primera idea de tal expansión inflacionaria la propuso el matemático, físico y astrónomo holandés especializado en cosmología Willem de Sitter, con sus desarrollos teóricos en la resolución de las ecuaciones de la relatividad de Einstein. Sitter concluyó que podía ser posible la existencia de un universo en el que no hubiera materia, pero sí una constante cosmológica positiva,[17] motor de una expansión exponencial. Una propuesta teórica que planteaba interrogantes de difícil solución. Alan Guth, físico y cosmólogo estadounidense, propuso una modificación a las causas que originarían tal inflación, con la que se lograba explicar algunos de estos interrogantes. Aunque dejaba otro problema: su inflación no era lo suficientemente “potente” como para generar la cantidad de radiación necesaria. A su ayuda acudió el físico ruso-americano Andrei Linde con otro tipo de hipótesis, basada también en la cuántica de campos, pero que conseguía ajustar mejor los resultados de “su” expansión a lo que observamos en el universo.

Otra vez más el camino de expansión del Universo (Imagen: James M. Cline, IyC, fair use)

¿Cómo pudo producirse tamaña expansión? ¿Cómo se sostiene? Esto es un dilema que no sólo vive en los inicios: acompaña al Universo a lo largo de toda su existencia, un Universo que suponemos, e incluso hoy lo estamos midiendo, siempre ha estado expandiéndose. En la siguiente entrada vamos a intentar avanzar entre las nieblas apoyándonos en las teorías inflacionarias que nos propusieron tan prestigiosos físicos. Son las que tenemos y que, además, nos permiten razonablemente pensar que tenemos una explicación coherente. Recordad que aún nos estaremos moviendo en escalas energéticas muy alejadas de las que manejan nuestros más avanzados instrumentos.

  1. No penséis que esto es una idea peregrina. Un equipo científico, en el que participa la NASA, está hoy en día determinando la grumosidad del Universo a través de las interferencias en la luz que llegan de los cuásares. Más información aquí. []
  2. Las ecuaciones de Einstein en el caso cosmológico nos dicen que la aceleración de la expansión verifica esta ecuación. Ver aquí. []
  3. La fortaleza de la interacción gravitatoria es órdenes de magnitud superior a la energía de expansión, y por tanto es la que prevalece en los espacios próximos []
  4. En la literatura de divulgación hay muchas alegorías que intentan visualizar este fenómeno de la expansión del tejido del Universo. Quizás una de las más afortunadas, al menos me lo parece a mí, es la que usa como ejemplo un pastel de pasas que metes al horno: cuando el pastel “sube” las pasas se separan, aunque ellas mismas no cambian. El pastel es el espacio tiempo y las pasas, la materia/energía. []
  5. Según la conocida ecuación de Einstein, E = mc2 []
  6. Llamados colectivamente bosones X y que son unas partículas elementales intermediadores de un tipo de fuerza predicha por la teoría de gran unificación. []
  7. Ya veremos qué son, aunque para el curioso urgente recomiendo la lectura de la serie de El Tamiz “Esas maravillosasa partículas“. []
  8. Que va desde t-43 segundos a t-35 segundos a partir del inicio. []
  9. Que por otro lado era lo que les sucedía también al resto de partículas existentes durante la época de la Gran Unificación []
  10. Ya sabemos de la entrada anterior que el principio de incertidumbre de Heisenberg exige emparejar una gran energía con un efímero tiempo. []
  11. No están las correspondientes a los antibosones []
  12. De Wikipedia: La simetría CP se basa en la composición de la simetría C y la simetría P. La simetría C o simetría de carga afirma que las leyes de la física serían las mismas si se pudiesen intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa. La simetría P o simetría de paridad dice que las leyes de la física permanecerían inalteradas bajo inversiones especulares, es decir, el universo se comportaría igual que su imagen en un espejo. La simetría CP es el producto de ambas. []
  13. Un teraelectrónvoltio -TeV- es equivalente a 1012 electronvoltios. 10 TeV son, por lo tanto, solamente 104 GeV. []
  14. Hablaremos de todos estos procesos en entradas posteriores. []
  15. Recordemos que son intermediarios de la interacción GUT, que acaba de desaparecer []
  16. Así llamamos también, por ejemplo, al proceso por el que por enfriamiento el agua líquida pasa a ser agua sólida []
  17. La constante cosmológica es ni más ni menos que una energía interna. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 24 } Comentarios

  1. Gravatar andino | 26/03/2017 at 01:09 | Permalink

    siempre me ha llamado la atención que tanto de protones como neutrones surjan partículas tan distintas como electrones , positrones, neutrinos, antineutrinos y fotones . además de familias diferentes como leptones , bariones , bosones y antimateria . al leer tu entrada -muy amena por lo demás- asocié este hecho con la época en que las interacciones o fuerzas fundamentales estaban unificadas , y me hizo sentido pensar que este hecho que sucede a cada momento con las emisiones de los nucleones es una demostración de que así fue en un comienzo .

  2. Gravatar jreguart | 26/03/2017 at 08:44 | Permalink

    Hola Andino,

    si entiendo lo que dices me parece ver que hay una confusión en tu punto de partida: Los nucleones son un subproducto más de la energía y de las interacciones entre campos cuánticos, en particular para los nucleones -protones y neutrones- la fuerza nuclear fuerte. De ellos no surgen electrones, positrones, etc. Si sigues la serie verás que explicaremos cómo cada una de estas partículas toma sentido individual en un momento determinado de la historia temporal y energética del universo. El punto común de todas ellas son la energía en los campos cuánticos y los campos de fuerzas. Y en los momentos iniciales estos últimos -los campos de fuerzas- creemos (y digo bien, creemos pues no tenemos posibilidad de demostrarlo hoy en día) tendrían que estar unificados.

    Gracias por tus elogiosas palabras. Seguimos en contacto.

  3. Gravatar andino | 26/03/2017 at 07:55 | Permalink

    “Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino” esta información la obtuve del tamiz en “esas maravillosas partículas”. que he entendido mal entonces .

  4. Gravatar jreguart | 27/03/2017 at 06:21 | Permalink

    Hola Andino,

    la reacción que tu comentas es exacta. Pero no deja de ser una desintegración más como las que se dan en otros tipos de partículas. En este caso se corresponde con la desintegración beta del neutrón. En tu comentario inicial me pareció entender que todas las partículas surgían de la desintegración de los nucleones… lo que interpreté como que decías que este era el camino único por el que se creaban todas las partículas. Lo cual no es correcto ya que tienen otros caminos y hay otras partículas que no surgen de las desintegraciones de los nucleones. En la misma entrada 3 comento la de las partículas X e Y.

    De todas formas… error de percepción por mi parte en lo que tú comentabas. Pido escusas.

  5. Gravatar Andino | 27/03/2017 at 04:38 | Permalink

    Jreguart . en realidas Yo me expresé mal , lo que quise decir es que a más de 13 mil millones de años del big bang ; tanto bariones como leptones y bosones tengan comportamientos como los que describo arriba , siendo aquello una demostración más que a esas energías en el comienzo todo estaba unificado , y que a medida que esto se fue pacificando hicieron aparición los campos y sus partículas asociadas . Feliz de seguir leyendo esta interesante entrada . Un abrazo y hasta la próxima

  6. Gravatar jreguart | 27/03/2017 at 05:22 | Permalink

    Hola Andino,

    todo claro. Un abrazo y hasta la próxima.

  7. Gravatar Yar | 28/03/2017 at 11:39 | Permalink

    He leído en la sección Ciencias de un periódico que el famoso Higgs no representa ni lejos toda la capacidad de entregar la masa que se le atribuye por los medios de divulgación científica . Dice algo así como : un cuark como promedio entre 2 y 4 MeV contra 938 MeV de la masa total del protón aprox . Eso es como un 1% , después afirma que la masa total de los electrones en un cuerpo humano de 70 kg aprox. Es de 23 gramos . a Todas las partículas mencionadas el Higgs les entrega la masa y ellas están en todo el universo , como ellos dicen , el universo bariónico ; si esto fuese cierto surge la pregunta obvia . Quien o que campo entrega la masa faltante?

  8. Gravatar jreguart | 28/03/2017 at 01:23 | Permalink

    Hola Yar,

    la respuesta parece ser bastante fácil… cuando se conoce. A pesar de que protones y neutrones se explican por la unión de tres quarks con su correspondientes gluones, no es eso todo lo que hay dentro de un nucleón ya que en su pequeño tamaño se hallan confinados un bullir de quarks virtuales, -en pares partícula y antipartícula- saliendo y entrando del vacío cuántico por causa de lo que nos explica el principio de incertidumbre de Heisenberg. Las masas de esas partículas virtuales que además se mueven en este mundo tan confinado como es el protón o el neutrón a velocidades casi de la luz -energías cinéticas equivalentes a masa que añaden más al saco- son las que llevan a la masa del protón y del neutrón a valores próximos al GeV.

    Te recomiendo leas este artículo de toda solvencia en donde hay un mayor detalle de lo que expongo. https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-structure-of-matter/protons-and-neutrons/

    Con respecto a lo que dices de los electrones sólo se me ocurre comentar que si en un átomo hay tantos electrones como protones y podemos pensar que como en el Universo primigenio por cada 70 protones había 10 neutrones, y si estas dos últimas partículas pesan dos mil veces más que los electrones… sin casi rigor científico podemos imaginar que los 25 grs de los electrones se transforman en 46 kilos de protones y 7 kilos de neutrones. Lo cual está en el rango de lo humano ¿una mujer?. Aunque realmente en el organismo humano la mayoría de sus oligoelementos -el 88,5% son oxígeno, carbono, nitrógeno calcio y fósforo- tienen prácticamente el mismo número de protones que de neutrones, y además un 10% que añade el hidrógeno con un protón y cero neutrones. Lo cual nos permite asegurar sin cometer un error muy grande que en nuestro cuerpo en números gordos hay una proporción de 7/6 entre protones y neutrones. Lo cual inflaría nuestro cálculo anterior hasta 46 kilos de protones y 40 de neutrones ¿un hombre?

    Espero que te haya aclarado tus dudas. Y confiemos en lo que nos dicen los expertos sobre el bosón de Higgs. Un saludo.

  9. Gravatar Yar | 28/03/2017 at 08:07 | Permalink

    Jreguart. Gracias por tu respuesta , pero no me queda claro si es tan cierto que el campo de Higgs le da masa sólo a una pequeña parte de las partículas del universo . ….Creo que me he liado con eso de la materia bariónica , masa inercial , partículas masivas y no masivas etc . Te lo pregunto porque la divulgación científica está llena de confusión y tu forma de explicar es muy didáctica y entretenida .

  10. Gravatar jreguart | 28/03/2017 at 09:38 | Permalink

    Hola Yar,

    La interacción del campo de Higgs sólo les confiera masa a las partículas elementales que la tienen: los fermiones quarks, electrones, muones y tauones; y entre los bosones los W y Z de la interacción débil y el propio bosón de Higgs. Con los neutrinos no está muy claro y con fotones y gluones no interactúa por lo que este par de bosones no tienen masa en reposo. El resto de partículas conocidas son los hadrones que están compuestos de quarks y por tanto su masa está relacionada con esos quarks. No obstante los físicos opinan que pueden haber otros mecanismos distintos al Higgs que induzcan masas en partículas desconocidas.

    También te recomiendo para aclarar las “incógnitas Higgs” el siguiente artículo del mismo físico que escribió el artículo que te recomendé en el anterior comentario: https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/the-higgs-particle/the-higgs-faq-2-0/

  11. Gravatar Alejandro | 30/03/2017 at 04:35 | Permalink

    Sabes algo sobre la existencia de los monopolos magnéticos en los inicios del universo ? . Es muy interesante el tema tratado aquí .felicitaciones

  12. Gravatar Rafa-Z | 30/03/2017 at 09:19 | Permalink

    Jreguart,

    Cuando dices “energías cinéticas equivalentes a masa ” es posible extrapolarlo al huevo cósmico microscópico y afirmar que éste contenía en forma de energía todo lo que conocemos como universo?

  13. Gravatar Battor | 30/03/2017 at 11:14 | Permalink

    Quisiera saber donde hace su aparición el inflatón en esta historia . Gracias y felicitaciones .

  14. Gravatar jreguart | 31/03/2017 at 12:48 | Permalink

    Hola Rafa-Z,

    pues sí. Básicamente es lo que dices. Lo iremos desgranando en las próximas entradas, pero te adelanto que los cosmólogos de “relumbrón” -Guth o Linde entre otros- piensan que la energía necesaria para generar todo lo que vemos, o intuimos que está ahí, pudo salir de la energía de Planck aprovechada de alguna manera por un campo inflatón que provocó la expansión exponencial necesaria para multiplicarla hasta las cantidades que observamos.

    Pero como te digo… lo iremos viendo -o al menos lo intentaré- en las entradas que vienen. Un saludo.

  15. Gravatar jreguart | 31/03/2017 at 01:04 | Permalink

    Hola Battor,

    como digo varias veces en la serie, la verdad es que en los momentos iniciales todo son conjeturas y teorías. No podemos probar nada ¿quiere decir eso que no es posible hacer ciencia en los momentos iniciales del Universo? Pues no exactamente pues esas hipótesis y teorías deducen cosas que son precisamente las que vemos.

    Esta introducción es para decirte que nuestra mejor apuesta para el Universo tal como lo vemos necesita de un proceso inflacionario brutal… y eso, teóricamente, pasaría por un campo cuántico que con mucha imaginación los cosmólogos han llamado inflatón. Con este campo y la ecuación de estado que manejamos para él… la inflación pudo tener lugar. Pero hay un pequeño inconveniente… nadie lo ha visto y el trabajo que hizo lo hizo a tan altas energías que nos es imposible el reproducirlas en nuestros aceleradores de partículas y, por tanto, no podemos detectar una partícula asociada al campo inflatón que nos permita decir, al igual que hicimos con el campo de Higgs, ¡ajá! ahí está el campo inflatón.

    A pesar de lo que te digo, si realmente existió un campo inflatón “inflacionario” lo hubo desde el momento cero y lo sigue habiendo. Actuó cuando el nivel de energía acopló a sus sus características dinámicas, le hizo bajar de su posición de vacío falso y lo puso en marcha como motor de la inflación. Más allá de este momento “especial” el campo inflatón entró en un verdadero vacío que igual es el que está promoviendo la expansión actual del tejido espaciotemporal. Quizás a otros niveles de energía del Universo, en un momento más allá del actual, decida dar otro empujón, caer a un nuevo falso vacío de menor energía y producir un Big Crush o, como creemos que hizo a los 10*-35 segundos, remodele por completo la física que nos sustenta. Pero insisto… son teorías que nos explican mucho pero que no podemos testar. De algo de ello hablaremos en las siguientes entradas.

    Y gracias por tus palabras. Seguimos en contacto.

  16. Gravatar jreguart | 31/03/2017 at 01:42 | Permalink

    Hola Alejandro,

    más allá de que teóricamente son necesarios para asegurar la cuantificación de la carga eléctrica, que no puede ser más pequeña que la del electrón, y para asegurar una simetría entre la interacción eléctrica y la magnética, no tengo mucha idea del tema. Estas partículas, como los protones y electrones que tiene una carga eléctrica, tendrían su carga magnética y además serían superpesadas. La Teoría de la Gran Unificación las predice y deberían aparecer en el momento de la rotura de simetría entre las fuerza nuclear fuerte y la electrodébil. Y eso tuvo que pasar a los 10*-35 segundos desde el momento cero. Y que yo sepa no se ha encontrado ni uno a nuestro alrededor.

    Siento no saber decir más. ¡Ah! y gracias por tus palabras.

  17. Gravatar Rafa-Z | 31/03/2017 at 03:00 | Permalink

    Jreguart,

    gracias por tu respuesta y disculpa si me he adelantado . a mi hijo le están pasando esta materia y juntos estamos leyendo tu entrada muy entretenidos … me hace preguntas difíciles y hombreee , no me queda mas que preguntarte , pues si no me veré en serios aprietos . mil gracias y hasta próxima .

  18. Gravatar jreguart | 31/03/2017 at 04:25 | Permalink

    Hola de nuevo Rafa-Z,

    ¿qué años tiene tu hijo? Va a salir un genio de la física. A tu disposición para lo que pueda ayudarte.

  19. Gravatar gael | 02/04/2017 at 02:07 | Permalink

    “la densidad que tiene que tener el universo para que la expansión efectivamente sea uniforme y con velocidad constante y que actualmente es más o menos 14 átomos de hidrógenos por metro cúbico”. he caído por azar a este blog y me ha parecido muy interesante . que opinas de esta afirmación , me interesa tu opinión .

  20. Gravatar jreguart | 02/04/2017 at 09:48 | Permalink

    Hola Gael,

    ¡Qué voy a decir de unas palabras del más que profesor Leopoldo Infante! Totalmente de acuerdo. Además su opinión es lo mismo, aunque dicho con otras palabras, a lo que ya comentamos en la entrada anterior 02 de esta serie cuando decíamos -copiando a gente cosmológicamente excelsa como Guth o Linde- que la gravedad fue la que nos regaló la materia. Sigo copiando, ahora las palabras de Infante: “… si la densidad de energía en el universo es justo la necesaria para que éste se expanda a una velocidad constante, entonces la energía asociada a ese movimiento es igual a la energía asociada a las distancias entre las partículas. Dicho de otra forma, la energía cinética es igual a la energía potencial. Ahora bien, como la energía de un sistema material es la suma de estas dos energías, entonces la energía total debe ser exactamente cero.” Y como creo que ese párrafo copiado es muy claro con respecto a esta idea, al menos para mi, añado una nota a pie de página en la entrada 02 referente al tema ¡Gracias por darme la idea!

  21. Gravatar Nino | 02/04/2017 at 03:49 | Permalink

    Y como corolario a todo este resultado que da cero … El universo obviamente surge de la nada , no será un tanto acomodaticio para evitarse la infinita búsqueda de un origen diferente a la nada ?

  22. Gravatar jreguart | 02/04/2017 at 05:09 | Permalink

    Hola Nino,

    yo creo que la ciencia busca evidencias o explicaciones lo más plausibles posibles antes de acomodarse y dejarlo en manos de la magia de lo desconocido. No digo que no pueda haber magia de lo desconocido -aunque yo creo que no al hay-, pero es que mientras haya una explicación racional, posible y entendible de las cosas -al nivel del conocimiento en cada momento-… por qué obviar esta explicación por otras que son abstracciones que habitan exclusivamente en la mente humana -y eso sí que es acomodaticio-. Algo así le pasaría a Copérnico cuando para él fue evidente el heliocentrismo.

    El que el Universo pueda surgir del vacío cuántico -algo distinto a la nada- no tiene porque ser excluyente de otras explicaciones causales. Otra cosa es que unas u otras, o todas, sean la realidad o no. Pero hoy por hoy con la capacidad de razonamiento que emergió en el primate Homo sapiens, es lo racionalmente más serio que se puede decir del nacimiento de nuestro Universo: pudo salir en un movimiento cuántico. Inteligente y nada excluyente. Demos valor a la capacidad de razonar, venga de donde venga. Es lo más valioso que tenemos los hombres.

  23. Gravatar deleon | 02/04/2017 at 08:29 | Permalink

    a niveles cósmicos gravedad negativa significa que tiende al colapso y energía positiva todo lo contrario? es algo parecido a la lucha que se lleva en una estrella entre la gravedad y la energía desplegada en el núcleo ? es como una suerte de equilibrio hidrostático cósmico ? . tengo dudas ….es muy apasionante el tema , la realidad para mi es mas entretenida que la ficción por lejos . al final no te quedas con ese sabor de que todo no es mas que imaginación ……..hombreee . sigue así con la misma pasión , pues tienes veta de escritor , y aquí el material es inagotable.

  24. Gravatar jreguart | 02/04/2017 at 09:53 | Permalink

    Hola Deleon,

    creo que a medida que aparezcan las siguientes entradas quedará el tema más claro ¡espero! Según las ecuaciones de Einstein la dinámica del Universo está condicionada por la cantidad y distribución de energía, en todas sus formas, que contiene. Por una lado tenemos la materia que es objeto de interacción gravitatoria con el resultado de generar en el Universo una dinámica de contracción. Por otro lado tenemos la energía interna del sistema formado por el tejido espaciotemporal que hace todo lo contrario, induce una dinámica de expansión. Esta energía es la que conocemos como oscura. Luego a nivel cósmico podemos pensar en una contraposición de acción sobre el tejido espaciotemporal realizado por la gravedad y por la energía interna. Aquí creo que no encaja el hablar de un equilibrio hidrostático.

    Por otro lado en las estrellas sucede otra cosa distinta. Allí se da una lucha entre la presión producto de la compactación gravitatoria de la materia -ya no va de dinámica del tejido espaciotemporal del Universo- y la presión realizada por la radiación que en una masa cada vez más compacta tiene cada vez una mayor energía cinética (que se refleja en una mayor temperatura). Esta es otra lucha y aquí sí tiene sentido hablar de que se puede llegar a un equilibrio hidrostático tal como lo entendemos.

    Me alegra que te guste el tema que, como tu bien dices, es algo que se puede tocar con las manos. Y gracias por tus palabras.

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