Astro Noticias: ¿Cuerdas cósmicas en un tubo de ensayo?

Investigadores del Reino Unido y Finlandia afirman haber simulado algunos posibles aspectos de los inicios del universo en un tubo de ensayo de helio-3 líquido.

El experimento, que implica “colisionar” los límites entre dos fases distintas del helio superfluido, es análogo a lo que puede haber sucedido poco después del Big Bang, cuando algunos físicos creen que las membranas o “branas” extendidas por todo el espacio multidimensional colisionaron entre sí.

Los físicos creen que tuvo lugar una rápida expansión del universo aproximadamente 10^-35s tras el Big Bang. Los proponentes de la Teoría de Cuerdas de la física de partículas han sugerido que esta “inflación” se produjo por la colisión y consiguiente aniquilación de una D-brana y una anti D-brana. Las D-branas son una consecuencia matemática de la Teoría de Cuerdas y son hipersuperficies en un espacio multidimensional – en nuestro mundo 3D común, por ejemplo, una brana 2D sería una membrana como la superficie de un globo.

Los teóricos de cuerdas creen que las D-branas tienen un grosor cero pero una masa descomunal, y de esta forma expulsarían una gran cantidad de energía cuando se aniquilan entre sí. Pero la Teoría de Cuerdas aún tiene que demostrarse de forma experimental y permanece como un tema extremadamente contencioso entre algunos físicos de partículas y cosmólogos.

Ahora, Richard Haley y sus colegas de la Universidad de Lancaster y la Universidad Tecnológica de Helsinki han realizado un experimento que según afirman es la analogía más cercana al sistema de branas y anti-branas en colisión en los inicios del universo (Nature Physics doi:10.1038/nphys815). Aunque su sistema podría arrojar algo de luz sobre lo que podría haber sucedido durante tales colisiones, Haley dijo a physicsworld.com que su experimento no es de ninguna forma una prueba de la Teoría de Cuerdas.

Algunos aspectos de los inicios del universo pueden haber sido simuladores en este aparato experimental en la Universidad de Lancaster en el Reino Unido. La colisión y aniquilación de los límites de fase en el helio superfluido se estudiaron en un tubo blanco en el extremo inferior de la fotografía. El tubo tiene una longitud de unos 7 centímetros. (Cortesía de Richard Haley).

Colisión de los límites de fase

El equipo enfrió varios milímetros de helio-3 líquido a aproximadamente 150 µK en un tubo de ensayo como recipiente de la muestra. Se aplicó un gradiente de campo magnético a la muestra, que creó un sandwhich de dos fases distintas de helio superfluido: una región de fase “A” en el centro del tubo de ensayo y regiones de fase “B” en ambos extremos. Las regiones A y B estaban separadas por límites de fase, con el límite de B a A siendo análogo a una brana y el límite de A a B análogo a una anti-brana.

El equipo cambió entonces el gradiente de campo en la muestra para reducir el grosor de la región A hasta que la “brana” y “anti-brana” colisionen y se aniquilen, dejando sólo la fase B.

El helio-3 se convierte en superfluido a unas termperaturas muy bajas debido a que los átomos individuales se emparejan para formar “pares de Cooper”. Para estudiar el resto de la fase B el equipo usó un calentador en el extremo para crear un flujo de pares de Cooper rotos hacia arriba del tubo.

Aunque la fase B debería ser isotrópico – en otras palabras, no tener estructura – los pares rotos parecen dispersar las estructuras conforme pasan a lo largo del tubo de ensayo. Haley y sus colegas piensan que estos “defectos” estructurales en la fase B son vórtices de helio girando creados durante la aniquilación, similares a los defectos en la forma de “cuerdas cósmicas” que los teóricos creen que se crearon cuando las D-branas colisionaron en los inicios del universo.

Esta no es la primera vez que el helio-3 se ha propuesto como experimento análogo de los inicios del universo. Uno de los principales proponentes de tales analogías – Grisha Volovik de la Universidad Tecnológica de Helsinki – dijo a physicsworld.com que Haley y sus colegas habían tratado de simular la colisión de branas y comprobar si se crearán cuerdas.

¿Las branas existen en realidad?

Volovik, que no estuvo implicado en el experimento, es tajante sobre que el trabajo no es ni una prueba sobre la Teoría de Cuerdas ni una prueba sobre si la aniquilación de branas fue responsable de la inflación. “[El experimento] confirmó la posibilidad de la creación de defectos topológicos en el proceso de la colisión de branas, pero esto no significa que las branas existan en la realidad”, dijo.

Haley, que actualmente están reconstruyendo el experimento para permitir al equipo caracterizar mejor los defectos, coincide en que el equipo no tiene una prueba de la Teoría de Cuerdas. Es más, los investigadores configuraron originalmente el experimento para estudiar la transición de fase entre A y B y sólo comenzó a hablar a los cosmólogos cuando se dio cuenta de que podía haber una conexión entre los defectos en la fase B y las cuerdas cósmicas.

Autor: Hamish Johnston
Fecha Original: 4 de enero de 2008
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