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28 de enero de 2008

Proponen prueba de la teoría de las cuerdas basada en la absorción del hidrógeno neutro

Imagen: Columbia U.

La antigua luz absorbida por los átomos de hidrógeno neutro puede utilizarse para poner a prueba algunas de las predicciones de la teoría de las cuerdas, dicen los cosmólogos de la Universidad de Illinois. Hacer las mediciones, sin embargo, requeriría un gigantesco conjunto de radiotelescopios que se deberán construir en la Tierra, en el espacio o en la Luna.

La teoría de las cuerdas (teoría cuyos pilares fundamentales son diminutos filamentos unidimensionales llamados cuerdas) es la principal contendiente para una "teoría de todo". Tal teoría unificaría las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (las fuerzas nucleares fuerte y débil, el electromagnetismo y la gravedad). Pero la búsqueda de formas para probar la teoría de las cuerdas ha sido difícil.

Ahora, los cosmólogos en la U. de Illinois dicen que características de absorción en el espectro de 21 centímetros de los átomos de hidrógeno neutro podrían ser utilizadas para tal prueba.

"Observaciones en 21 centímetros con alto corrimiento al rojo proporcionan una rara ventana de observación en la cual probar la teoría de las cuerdas, restringir sus parámetros y demostrar si tiene o no sentido integrarle un tipo de inflación - llamada inflación de brana- en la teoría de las cuerdas", dijo Benjamin Wandelt, profesor de física y astronomía en la U. de Illinois.

"Si integramos la inflación de brana en la teoría de las cuerdas, se prevé que se forma una red de cuerdas cósmicas ", dijo Wandelt. "Podemos probar esta predicción buscando los efectos que esta red de cuerdas cósmicas tendría sobre la densidad de hidrógeno neutro en el Universo."

Wandelt y el estudiante graduado Rishi Khatri describen su propuesta de prueba en un trabajo aceptado para su publicación en Physical Review Letters.

Cerca de 400000 años después del Big Bang, el Universo consistía en una gruesa cáscara de átomos de hidrógeno neutro (cada uno de ellos compuesto por un único protón orbitado por un solo electrón) iluminada por lo que se conoce como el fondo cósmico de microondas.

Como los átomos de hidrógeno neutro absorben fácilmente la radiación electromagnética con una longitud de onda de 21 centímetros, el fondo cósmico de microondas lleva la marca de las perturbaciones de densidad en la cáscara de hidrógeno, que debe ser observable hoy, dice Wandelt.

Las cuerdas cósmicas son filamentos de longitud infinita. Su composición puede ser comparada, en forma grosera, con los bordes de los cristales de hielo del agua congelada.

Cuando el agua en un recipiente se empieza a congelar, crecerán cristales de hielo en diferentes puntos, con orientaciones al azar. Cuando los cristales de hielo se encuentren, por lo general, no se alinearán entre ellos. Al borde entre dos de esos cristales no alineados se lo denomina discontinuidad o defecto.

Las cuerdas cósmicas son defectos en el espacio. La teoría de las cuerdas (y también otras teorías de súper-simetría conocidas como Grandes Teorías Unificadas, que aspiran a unificar todas las fuerzas de la naturaleza conocidas, excepto la gravedad) prevé que una red de cuerdas se produjo en el Universo temprano, pero no se ha detectado, hasta la fecha.

Las cuerdas cósmicas producen fluctuaciones características en la densidad del gas a medida que se desplazan, imprimiendo una firma en la radiación de 21 centímetros.

La red de cuerdas cósmicas prevista que ocurra con inflación de brana podría ser probada buscando las correspondientes fluctuaciones en la radiación de 21 centímetros.

Como en la radiación cósmica de fondo en microondas, la radiación cosmológica de 21 centímetros se ha estirado a medida que el universo se expandía. Hoy, esta reliquia de radiación tiene una longitud de onda más cercana a los 21 metros, poniéndola en la porción de onda larga de radio del espectro electromagnético.

Para medir con precisión las perturbaciones en el espectro requeriría un conjunto de radiotelescopios con un área de recolección de más de 1000 kilómetros cuadrados. Ese conjunto se podría construir utilizando la tecnología actual, dice Wandelt, pero sería prohibitivamente caro.

Si ese enorme conjunto fuese construido, medir las perturbaciones en la densidad de átomos de hidrógeno neutro también podría revelar el valor de la tensión de la cuerda, un parámetro fundamental en la teoría de las cuerdas, dice Wandelt. "Y nos podrían decir la escala de energía en la cual la gravedad cuántica comienza a ser importante."

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.news.uiuc.edu/