Los científicos crearon un modelo del Universo inmediatamente posterior al Big Bang y exploraron diferentes alternativas sobre cómo se desarrolló hasta hoy
Pablo Javier Piacente
Un equipo de físicos utilizó un "simulador de campo cuántico" para representar un pequeño Universo en expansión hecho de átomos ultrafríos: la simulación permite probar innumerables modelos de la evolución temprana del cosmos, hasta determinar representaciones precisas del Universo en experimentos futuros. De esta forma, los científicos lograrán una aproximación a algunos de los mecanismos que pueden haber gobernado el espacio-tiempo y la producción de partículas poco después del Big Bang.
Un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Nature describe una simulación realizada por un grupo internacional de físicos, en la cual se empleó un estado cuántico de la materia para simular la expansión del Universo primitivo. El objetivo del experimento fue explorar dinámicas que podrían ser similares a las del Universo inmediatamente posterior al Big Bang en diferentes escenarios en un laboratorio, con la capacidad de pausar todo el sistema y analizar más de cerca cada posibilidad, algo que lógicamente no se puede hacer con el Universo real.
BUSCANDO DESCIFRAR LOS ENIGMAS MÁS PROFUNDOS
La realidad es que los primeros momentos posteriores al origen del Universo continúan envueltos en misterio, principalmente porque la tecnología actual aún nos impide mirar lo suficientemente atrás en el tiempo para observar lo que sucedió en esa etapa primaria del cosmos. La teoría más aceptada hasta hoy indica que el Universo debe haber experimentado una enorme expansión justo después del Big Bang o estallido inicial, pero aún no está claro cómo se desarrolló esta rápida etapa inflacionaria e, incluso, algunas hipótesis cuestionan su existencia o su validez para explicar la forma que alcanzó finalmente el Universo.
Ahora, los investigadores explicaron que pudieron simular en el nuevo estudio diferentes curvaturas en el espacio-tiempo que podrían haber tenido grandes implicaciones para la evolución del Universo primitivo. En líneas generales, pudieron reproducir a pequeña escala algunas de las condiciones de un Universo acelerado, un Universo desacelerado y un Universo en constante expansión: cada una de las alternativas, que se manejan como opciones teóricas para el desarrollo inicial del cosmos, pueden producir partículas de diferentes maneras, lo que habría afectado la estructura definitiva del Universo y todo aquellos que hoy conocemos.
UN GÉLIDO Y DIMINUTO UNIVERSO CUÁNTICO
De acuerdo a un artículo publicado en Interesting Engineering, los científicos enfriaron alrededor de 20.000 átomos de potasio-39 a temperaturas justo por encima del cero absoluto, que se ubica aproximadamente en los 273 grados Celsius bajo cero. El cero absoluto es en teoría la mínima temperatura que puede alcanzar una molécula o cuerpo, ya que a ese nivel no existiría ningún tipo de vibración atómica.
A estas temperaturas, los átomos forman una estructura denominada condensado de Bose-Einstein, un estado cuántico de la materia que permite a los especialistas simular las condiciones del Universo primitivo, de los agujeros negros y de otros fenómenos cósmicos. El condensado utilizado para el experimento era un superfluido, que se expuso a ondas de sonido como un análogo de la luz que brilla a través del Universo.
Según indicaron los científicos en un artículo publicado en Vice.com, las ondas de sonido cumplieron la función de las ondas de luz en la cosmología real. Como tienen las mismas propiedades en ese contexto, los investigadores las utilizaron para simular diferentes escenarios en su pequeño Universo, como por ejemplo distintas teorías sobre la inflación cósmica o múltiples variantes de curvatura del espacio-tiempo.
CONCORDANCIA ENTRE SIMULACIONES Y TEORÍAS
Aunque el experimento no es una simulación completamente precisa del Universo primitivo, proporciona una aproximación a algunos de los mecanismos que pueden haber gobernado ese cosmos primario: para los científicos, los resultados de la simulación presentan un acuerdo cuantitativo con predicciones analíticas para diferentes curvaturas en el tiempo y el espacio. En otras palabras, las simulaciones concuerdan muy bien con la teoría, por lo que podrían emplearse en futuros estudios para probar las distintas hipótesis sobre el nacimiento y desarrollo del cosmos.
En resumen, aunque todavía estamos muy lejos de comprender y simular con precisión las primeras etapas del Universo, este trabajo acerca a la comunidad científica una importante herramienta para la realización de simulaciones en torno a algunos de los mecanismos más importantes que dieron forma al cosmos que hoy conocemos.
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REFERENCIA
Quantum field simulator for dynamics in curved spacetime. Celia Viermann, Nikolas Liebster et al. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05313-9
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