Candidaturas exóticas de la masa perdida

1988/02/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

En el último número hicimos una referencia a varias fracciones como ejemplo de estas formas peculiares de la materia. Pero aunque al hablar de fracciones tenemos que tener en cuenta todas las objeciones de la mecánica cuántica, siempre podemos conseguir una cierta expresión. Los entes que vamos a tratar de describir son de naturaleza totalmente distinta: tenemos monopolos magnéticos. El análisis de la generación de estos errores nos lleva, además, a los primeros tiempos del mismo Universo. Se cree que los errores comenzaron a formarse entre 10 y 35 segundos después de la explosión big-bang.

Para empezar a trabajar tenemos que definir un poco el concepto de vacío. Al hablar de vacío no debemos imaginar de nada el ideal. En el campo de la cuántica la descripción es bastante complicada porque el principio de incertidumbre de Heisenberg permite que el vacío tenga una estructura propia. Según una versión de este principio, en el estudio de un fenómeno no es posible determinar con precisión el momento en que se ha producido y el balance energético. Más concretamente, el producto de la incertidumbre del valor del balance energético por la incertidumbre del momento no puede ser mayor que la constante de Planck.

Si la duración del fenómeno es muy corta, la incertidumbre energética es elevada. Por tanto, considerando periodos cortos, el vacío mecano-cuántico puede contener energía. Esta energía, por ejemplo, puede formar parejas de anti-fracción. Es más, las teorías fraccionarias actuales predicen la existencia de las llamadas áreas de Higgs. Estos campos se refieren al vacío, es decir, forman parte de la estructura del vacío y dependiendo de sus valores el vacío puede adoptar diferentes situaciones de energía, como el vacío real y el vacío falso que utilizaremos en nuestras explicaciones.

Para comprender bien qué son los errores topológicos, necesitamos también algunos principios sobre el camino que han tomado las teorías de las fracciones en la actualidad. Los últimos pasos dados para el desarrollo de estas teorías se han centrado en el campo de las teorías de conciliación. La idea principal es que las tres fuerzas que antes eran diferentes (electromagnética, interacción débil e interacción violenta) se unen en una sola fuerza o interacción. El mecanismo de consolidación es la relación obtenida por simetría. Es decir, cuando el Universo se encuentra en una fase simétrica estas tres fuerzas se unen en una sola, y cuando esa simetría se rompe aparecen diferencias entre las tres.

Para una mejor comprensión, pondremos un ejemplo de mecánica como comparación. Si en el recipiente cilíndrico tenemos un likidio, la distribución de las moléculas nos parecerá la misma a pesar de girar el recipiente. Por tanto, este líquido será descrito mediante una ley simétrica. Pero si el líquido se enfría hasta cristalizar, los átomos se ordenan por ejes cristalográficos y se pierde simetría.

Algo parecido se tiene con las teorías de convergencia de las fracciones: la ruptura de la simetría se debe a la temperatura y a las áreas de Higgs. Mientras la temperatura supera los 10 27 K, los valores de ambos campos de Higgs son nulos (esto no significa que no existan, sino que el valor de equilibrio de las fluctuaciones cuánticas es cero) y estamos en un estado simétrico. Por debajo de esta temperatura crítica, al menos una de las zonas de Higgs es no nula y las fuerzas se separan.

Si el cambio de fase se produce de esta manera no habría que decir otra cosa, pero los cálculos de las teorías de consolidación dependen de muchos parámetros arbitrarios y para algunos de sus valores lógicos se consigue una situación especial. La razón radica en la diferencia entre la velocidad de enfriamiento de la materia que generan estos valores y las velocidades de transición entre fases. El primero sería mucho más grande y por tanto la temperatura bajaría mucho por debajo del límite 10 27 K, siendo los valores de las zonas de Higgs todavía nulos, es decir, sin romper la fase simétrica.

Este fenómeno es, en definitiva, uno de esos fenómenos de sobrecalentamiento tan conocidos. Por ejemplo, se puede conseguir que el agua se enfríe hasta -20ºC sin solidificarse, es decir, sin que se produzca una transición de la fase líquida al sólido. En las condiciones que hemos mencionado, el error acarrearía una situación muy especial: lo que hemos denominado falso. Esto es mucho más energético que el vacío real. Por ello, tiende a evolucionar de su situación a la real. Con ello se modifica la fase. Los errores topológicos surgieron al final de este proceso y durante el cambio de fase el Universo sufrió una enorme expansión.

Como se ha comentado al principio, la transición de fase comenzó en los 10 –35” siguientes a la creación del Universo, con una duración de 10 –32” y un aumento del diámetro del Universo de aproximadamente 10 50 veces.

Ahora vamos a ver cómo se formaron los errores. No hay que decir que en las distintas regiones espaciales la transición se produjo de diferentes maneras: Debido a la locura de las fluctuaciones caunticas que no harán cero los valores de los campos de Higgs, los valores que toman los campos de Higgs son diferentes en las distintas regiones y según ellos tenemos diferentes fases de simetría rota.

Retomando la analogía del agua a congelar, podríamos decir que cuando el agua se congela forma una red cristalina, pero si la cantidad de agua es muy grande, la orientación de los ejes cristalográficos será diferente en las distintas regiones. Del mismo modo, al pasar del error falso al verdadero se producen errores en los límites de las distintas zonas. Para definirlo de alguna manera, los errores topológicos son zonas que conservan formas energéticas de vacío. Según sus dimensiones pueden ser monopolos magnéticos puntuales, cuerdas unidimensionales y paredes de dos dimensiones.

En cuanto al problema de la masa perdida, los dos primeros son los que nos interesan. Los monopolos magnéticos son imanes de un solo polo o seres con carga magnética. Las cargas eléctricas que conocemos se comportarían de forma inversa, creando campos magnéticos en la parada y los campos eléctricos al comenzar a moverse. En cuanto a la atracción que podían tener para la materia oscura, debemos saber que su masa es 10 16 veces mayor que la del protón, en absoluto muy grande.

Las cuerdas son defectos unidimensionales. Su diámetro sería de 10-30 cm. En cuanto a su longitud, pueden ser infinitas y abiertas o en anillo. En cuanto a la masa su densidad sería enorme, 10 22 g/cm aproximadamente. Por otro lado, se da especial importancia a las cuerdas, ya que de existir influirían mucho en la distribución de masas en los primeros tiempos del Universo. El análisis de este punto ayudaría a resolver un problema que se discute desde hace tiempo. ¿Cuáles surgieron primero? ¿Galaxias para luego reunirse en cúmulos y supercúmulos, o supercúmulos para luego dividirlos en cúmulos y galaxias?

Para terminar diremos que las cuerdas cósmicas no deben confundirse con las cuerdas y supercuerdas que se definen en las teorías supersimétricas de las fracciones. Estas son una nueva forma de entender las fracciones.