En los primeros momentos después del Big Bang, el Universo pudo expandirse incluso miles de millones de miles de millones de veces más rápido que hoy. Dicha rápida expansión debería deberse a un campo de fuerza primordial, que actúa con una nueva partícula: el inflatón.El último análisis de la descomposición de los mesones, llevado a cabo en el experimento LHCb por físicos de Cracovia y Zúrich, parece, sin embargo, que el inflatón de luz más probable, una partícula con las características del famoso bosón de Higgs pero menos masivo, casi seguramenteno existe.
Justo después del Big Bang, el Universo probablemente pasó por una fase de inflación, un estallido extremo de expansión. Si la inflación realmente ocurriera, debería haber un nuevo campo de fuerza detrás de él. Sus portadores de fuerza serían partículas hipotéticas, hasta ahora no observadas, inflatons, que deberían tener muchas características que recuerdan al famoso bosón de Higgs. Físicos del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia IFJ PAN en Cracovia y la Universidad de Zurich UZH buscaron rastros de inflatons ligeros en eldescomposición de los mesones B + registrados por los detectores en el experimento LHCb en el CERN cerca de Ginebra. Sin embargo, el análisis detallado de los datos, realizado con fondos proporcionados por el Centro Nacional de Ciencias de Polonia, plantea un gran signo de interrogación sobre la existencia de inflatons ligeros
A pesar de tener efectos débiles, la gravedad decide acerca de la aparición del Universo en sus mayores escalas. Como consecuencia, todos los modelos cosmológicos modernos tienen sus fundamentos en nuestra mejor teoría de la gravedad: la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Ya son los primeros modelos cosmológicosconstruido sobre la teoría de la relatividad sugirió que el Universo era una creación dinámica. Hoy sabemos que solía ser extremadamente denso y caliente, y hace 13.800 millones de años comenzó a expandirse repentinamente. La teoría de la relatividad permite predecir el curso deEste proceso comienza a partir de fracciones de segundo después del Big Bang.
"Uno de los primeros sobrevivientes de estos eventos visibles hasta el día de hoy es la radiación de fondo de microondas que se formó unos cientos de miles de años después del Big Bang. Actualmente corresponde a una temperatura de aproximadamente 2.7 grados Kelvin y llena uniformemente todo el Universo.Es esta homogeneidad la que ha demostrado ser un gran rompecabezas ", dice el Dr. Marcin Chrzaszcz IFJ PAN y explica:" Cuando miramos al cielo, los fragmentos del espacio profundo visibles en una dirección pueden estar tan distantes de los visibles en otradirección en la que la luz aún no ha tenido tiempo de pasar entre ellos. Por lo tanto, nada de lo que ha sucedido en una de estas áreas debería afectar a la otra. Pero dondequiera que miremos, ¡la temperatura de regiones distantes del cosmos es casi idéntica! ¿Cómo podría haberse convertido?tan uniforme? "
La uniformidad de la radiación de fondo de microondas se explica por el mecanismo propuesto por Alan Guth en 1981. En su modelo, el Universo inicialmente se expandió lentamente, y todos sus fragmentos observados hoy tuvieron tiempo de interactuar y nivelar la temperatura. Según Guth,en algún momento, sin embargo, debe haber habido una expansión muy corta pero extremadamente rápida del espacio-tiempo. El nuevo campo de fuerza responsable de esta inflación expandió el Universo hasta tal punto que hoy exhibe una notable uniformidad en cuanto a la temperaturadel fondo cosmológico de microondas se refiere.
"Un nuevo campo siempre significa la existencia de una partícula que es portadora del efecto. La cosmología se ha vuelto interesante para los físicos que examinan los fenómenos en la microescala. Durante mucho tiempo, un buen candidato para el inflatón parecía ser el famoso Higgsboson. Pero cuando en 2012 el higgs finalmente se observó en el acelerador europeo LHC, resultó ser demasiado pesado. Si el higgs con su masa fuera responsable de la inflación, la radiación relicta de hoy sería diferente a la observada actualmente por el COBE, WMAP ySatélites de Planck ", dice el Dr. Chrzaszcz.
Los teóricos propusieron una solución a esta sorprendente situación: el inflatón sería una partícula completamente nueva, con las propiedades de higgs, pero con una masa claramente menor. En la mecánica cuántica, la naturaleza idéntica de las características hace que las partículas puedan oscilar:cíclicamente transformarse uno en otro. Un modelo de inflación construido de esta manera tendría un solo parámetro, que describe la frecuencia de oscilación / transformación entre el inflaton y el bosón de Higgs.
"La masa del nuevo inflatón podría ser lo suficientemente pequeña como para que la partícula aparezca en la descomposición de los mesones B +. Y estos mesones de belleza son partículas registradas en gran número por el experimento LHCb en el Gran Colisionador de Hadrones. Así que decidimos mirarpara la descomposición de los mesones a través de la interacción con el inflatón en los datos recopilados en el LHC en 2011-12 ", dice la estudiante de doctorado Andrea Mauri UZH.
Si existieran realmente los inflatons ligeros, el mesón B + a veces se descompondría en un kaon mesón K + y una partícula de Higgs, que se convertiría en un inflaton como resultado de la oscilación. Después de viajar unos metros en el detector, el inflatonse descompondría en dos partículas elementales: muón y antimuón. Los detectores del experimento LHCb no registrarían la presencia ni del higgs ni del inflatón. Sin embargo, los investigadores del PAN de la FIP esperaban ver la emisión de kaones y la aparición de muones.pares de antimuones respectivamente.
"Dependiendo del parámetro que describa la frecuencia de la oscilación inflaton-higgs, el curso de la desintegración del mesón B + debería ser ligeramente diferente. En nuestro análisis buscamos desintegraciones de hasta el 99% de los posibles valores de este parámetro -y no encontramos nada. Por lo tanto, podemos decir con gran certeza que el inflatón ligero simplemente no existe ", dice el Dr. Chrzaszcz.
Teóricamente, el inflatón de baja masa aún puede estar oculto en el uno por ciento de las variaciones no examinadas en la oscilación. Estos casos eventualmente serán excluidos por futuros análisis utilizando datos más recientes que ahora se están recolectando en el LHC. Sin embargo, los físicos deben convertirse lentamenteacostumbrados a la idea de que si existe inflaton, es una partícula más masiva de lo que se pensaba o que ocurre en más de una variación.Si, sin embargo, con el tiempo estas variantes también demuestran no corresponder a la realidad, la inflación, lo que explica lo observadoLa homogeneidad del Universo tan bien se convertirá, literalmente, en el mayor misterio de la cosmología moderna.
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Materiales proporcionado por Instituto Henryk Niewodniczanski de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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