Simulan universo primitivo con estado cuántico de la materia

Uno de los grandes misterios de nuestro universo sigue siendo, y probablemente será, su nacimiento, en gran medida debido a que no podemos asomarnos lo suficientemente atrás en el tiempo para observar lo que se desarrolló en esta antigua época, lo que nos deja en el campo teórico.

Así, uno de los mayores consensos científicos actuales es que el universo primitivo, justo después el Big Bang, debió sufrir una enorme expansión exponencial, lo que se conoce también como inflación cósmica, y de la cual existen un conjunto de propuestas. No obstante, muchos dudan también de esta teoría, como recientemente reportó DW sobre un estudio publicado por astrofísicos de Cambridge y Harvard, en el que consideran más probable la existencia de un "Gran Rebote" en lugar de un Big Bang. 

Aun así, los esfuerzos, utilizando cualquier tipo de herramienta, por comprender los inicios del universo, ya sea a favor o no de las diferentes teorías de inflación cósmica, no cesan. 

Diminuto universo en expansión

Este es el caso de un equipo de físicos que utilizó un "simulador de campo cuántico" para imitar un diminuto universo en expansión formado por átomos ultrafríos, según informa un estudio publicado este miércoles (09.11.2022) en Nature.

La ventaja de esta aproximación reside en que en el futuro se podría conducir a representaciones precisas del universo en experimentos, lo que permitiría probar innumerables modelos de la evolución temprana del cosmos. Y lo que es más ventajoso: el experimento traería la posibilidad de pausar todo el sistema y analizarlo más de cerca, algo que no se puede hacer con el universo real.

Según reporta Vice, el experimento fue capaz de simular diferentes versiones de espacio-tiempo curvado que corresponden a modelos del universo como esférico o hiperbólico en su geometría, por ejemplo. Sin embargo, el trabajo se encuentra todavía en una fase inicial y no confirma ningún modelo específico por el momento.

"Entrar en regímenes inexplorados"

Así, aunque no es una simulación totalmente exacta del universo primitivo, el experimento proporciona una aproximación de algunos de los mecanismos que pueden haber gobernado el espacio-tiempo y la producción de partículas poco después del Big Bang, lo que, en concreto, puede "ofrecer la posibilidad de entrar en regímenes inexplorados" en la física cuántica – el estudio de la materia y la energía en las diminutas escalas de los átomos– y brindar estimaciones de cómo un universo acelerado, un universo desacelerado y un universo en constante expansión pueden producir partículas de diferentes maneras.

Nikolas Liebster, físico experimental de la Universidad de Heidelberg, en Alemania, y coautor del estudio, dijo en una entrevista con Vice que "para estos supuestos específicos de este sistema modelo, concuerda muy bien con la teoría, y ahora podemos hacer preguntas que van más allá de lo que la teoría actual puede responder".

Condensado de Bose-Einstein

Para llevar a cabo su experimento, los científicos enfriaron unos 20.000 átomos de potasio-39 para que formasen un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia que permite a los científicos simular las condiciones del universo primitivo, de los agujeros negros y de otros fenómenos cósmicos. 

El condensado utilizado para el experimento –al cual se llegó enfriando los átomos hasta temperaturas justo por encima del cero absoluto (aproximadamente –270°C)– era un superfluido, lo que significa que no tiene viscosidad. Con esto, el equipo de investigadores hizo pasar ondas sonoras a través del condensado para representar la luz que brilla en el universo y simular diferentes teorías de inflación cósmica y diferentes tipos de curvatura del espacio-tiempo.

"Nuestro trabajo consiste principalmente en comprobar que nuestro simulador funciona", dijo Liebster a Vice. "Hay muchas cuestiones teóricas muy interesantes que se pueden plantear sobre los distintos tipos de curvatura del espacio-tiempo y la curvatura espacial, y cuáles son sus efectos", aunque añadió que "hay que superar una serie de obstáculos antes de poder hacer comparaciones directas uno a uno" con el universo real.

"No creo que estemos necesariamente cerca de descubrir los secretos del Big Bang", concluye Liebster. Aun así, Liebster reconoce que su trabajo acerca a la comunidad científica a un importante paso para realizar simulaciones de uno a uno de algunos de los mecanismos más importantes que dieron forma al cosmos que hoy conocemos. 

Editado por Felipe Espinosa Wang.