Candidaturas exóticas da masa perdida

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

• Astrofisika

No último número fixemos una referencia a varias fraccións como exemplo destas formas peculiares da materia. Pero aínda que ao falar de fraccións temos que ter en conta todas as obxeccións da mecánica cuántica, sempre podemos conseguir una certa expresión. Os entes que imos tratar de describir son de natureza totalmente distinta: temos monopolos magnéticos. A análise da xeración destes erros lévanos, ademais, aos primeiros tempos do mesmo Universo. Crese que os erros comezaron a formarse entre 10 e 35 segundos despois da explosión big-bang.

Paira empezar a traballar temos que definir un pouco o concepto sen carga. Ao falar sen carga non debemos imaxinar de nada o ideal. No campo da cuántica a descrición é bastante complicada porque o principio de incerteza de Heisenberg permite que o baleiro teña una estrutura propia. Segundo unha versión deste principio, no estudo dun fenómeno non é posible determinar con precisión o momento en que se produciu e o balance enerxético. Máis concretamente, o produto da incerteza do valor do balance enerxético pola incerteza do momento non pode ser maior que a constante de Planck.

Se a duración do fenómeno é moi curta, a incerteza enerxética é elevada. Por tanto, considerando períodos curtos, o baleiro mecano-cuántico pode conter enerxía. Esta enerxía, por exemplo, pode formar parellas de anti-fracción. É máis, as teorías fraccionarias actuais predín a existencia das chamadas áreas de Higgs. Estes campos refírense ao baleiro, é dicir, forman parte da estrutura do baleiro e dependendo dos seus valores o baleiro pode adoptar diferentes situacións de enerxía, como o baleiro real e o baleiro falso que utilizaremos nas nosas explicacións.

Paira comprender ben que son os erros topológicos, necesitamos tamén algúns principios sobre o camiño que tomaron as teorías das fraccións na actualidade. Os últimos pasos dados paira o desenvolvemento destas teorías centráronse no campo das teorías de conciliación. A idea principal é que as tres forzas que antes eran diferentes (electromagnética, interacción débil e interacción violenta) únense nunha soa forza ou interacción. O mecanismo de consolidación é a relación obtida por simetría. É dicir, cando o Universo atópase nunha fase simétrica estas tres forzas únense nunha soa, e cando esa simetría rompe aparecen diferenzas entre as tres.

Paira una mellor comprensión, poremos un exemplo de mecánica como comparación. Si no recipiente cilíndrico temos un likidio, a distribución das moléculas pareceranos a mesma a pesar de virar o recipiente. Por tanto, este líquido será descrito mediante unha lei simétrica. Pero se o líquido arrefríase até cristalizar, os átomos ordénanse por eixos cristalográficos e pérdese simetría.

Algo parecido tense coas teorías de converxencia das fraccións: a ruptura da simetría débese á temperatura e ás áreas de Higgs. Mentres a temperatura supera os 10 27 K, os valores de ambos os campos de Higgs son nulos (isto non significa que non existan, senón que o valor de equilibrio das fluctuaciones cuánticas é cero) e estamos nun estado simétrico. Por baixo desta temperatura crítica, polo menos una das zonas de Higgs é non nula e as forzas sepáranse.

Se o cambio de fase prodúcese desta maneira non habería que dicir outra cousa, pero os cálculos das teorías de consolidación dependen de moitos parámetros arbitrarios e paira algúns dos seus valores lóxicos conséguese una situación especial. A razón radica na diferenza entre a velocidade de arrefriado da materia que xeran estes valores e as velocidades de transición entre fases. O primeiro sería moito máis grande e por tanto a temperatura baixaría moito por baixo do límite 10 27 K, sendo os valores das zonas de Higgs aínda nulos, é dicir, sen romper a fase simétrica.

Este fenómeno é, en definitiva, uno deses fenómenos de sobrecalentamiento tan coñecidos. Por exemplo, pódese conseguir que a auga se arrefríe até -20ºC sen solidificarse, é dicir, sen que se produza una transición da fase líquida ao sólido. Nas condicións que mencionamos, o erro carrexaría una situación moi especial: o que denominamos falso. Isto é moito máis enerxético que o baleiro real. Por iso, tende a evolucionar da súa situación á real. Con iso modifícase a fase. Os erros topológicos xurdiron ao final deste proceso e durante o cambio de fase o Universo sufriu una enorme expansión.

Como se comentou ao principio, a transición de fase comezou nos 10 –35” seguintes á creación do Universo, cunha duración de 10 –32” e un aumento do diámetro do Universo de aproximadamente 10 50 veces.

Agora imos ver como se formaron os erros. Non hai que dicir que nas distintas rexións espaciais a transición produciuse de diferentes maneiras: Debido á tolemia das fluctuaciones caunticas que non farán cero os valores dos campos de Higgs, os valores que toman os campos de Higgs son diferentes nas distintas rexións e segundo eles temos diferentes fases de simetría rota.

Retomando a analogía da auga a conxelar, poderiamos dicir que cando a auga se conxela forma una rede cristalina, pero se a cantidade de auga é moi grande, a orientación dos eixos cristalográficos será diferente nas distintas rexións. Do mesmo xeito, ao pasar do erro falso ao verdadeiro prodúcense erros nos límites das distintas zonas. Paira definilo dalgunha maneira, os erros topológicos son zonas que conservan formas enerxéticas sen carga. Segundo as súas dimensións poden ser monopolos magnéticos puntuais, cordas unidimensionales e paredes de dúas dimensións.

En canto ao problema da masa perdida, os dous primeiros son os que nos interesan. Os monopolos magnéticos son imáns dun só polo ou seres con carga magnética. As cargas eléctricas que coñecemos comportaríanse de forma inversa, creando campos magnéticos na parada e os campos eléctricos ao comezar a moverse. En canto á atracción que podían ter paira a materia escura, debemos saber que a súa masa é 10 16 veces maior que a do protón, en absoluto moi grande.

As cordas son defectos unidimensionales. O seu diámetro sería de 10-30 cm. En canto á súa lonxitude, poden ser infinitas e abertas ou en anel. En canto á masa a súa densidade sería enorme, 10 22 g/cm aproximadamente. Doutra banda, dáse especial importancia ás cordas, xa que de existir influirían moito na distribución de masas nos primeiros tempos do Universo. A análise deste punto axudaría a resolver un problema que se discute desde hai tempo. Cales xurdiron primeiro? Galaxias paira logo reunirse en cúmulos e supercúmulos, ou supercúmulos paira logo dividilos en cúmulos e galaxias?

Paira terminar diremos que as cordas cósmicas non deben confundirse coas cordas e supercuerdas que se definen nas teorías supersimétricas das fraccións. Estas son una nova forma de entender as fraccións.