Interacción entre Higgs y gravedad previno el colapso del Universo

20/12/2014

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Salvo algún que otro resultado, un buen artículo científico, una tesis doctoral decente o una simple charla tratan de dar una solución a un problema previamente establecido. Conforme añadimos piezas al modelo cosmológico que dé cuenta del Big Bang y de lo que pasó inmediatamente después, es más complicado encajar todas las piezas.

Al principio la idea del Big Bang no era más que una expansión súbita de espacio que se llenó de materia, pero entonces se añadió el Modelo Estándar, la inflación, materia oscura, etc.

Los estudios sobre el bosón de Higgs (supuestamente descubierto hace poco en el LHC y ahora recientemente puesto en duda) predicen que durante la expansión acelerada del Universo, que se ha denominado inflación y que se dio inmediatamente tras el Big Bang, el Universo debería de haberse desestabilizado para colapsar a continuación. Como el estimado lector está ahora leyendo esto, entonces es que hay algo que está mal o que falta en ese razonamiento.

El Modelo Estándar usado para explicar las partículas elementales y sus interacciones no ha proporcionado hasta ahora una respuesta a por qué el Universo no colapsó al poco de darse el Big Bang. El vacío electrodébil debe ser inestable durante la inflación debido a las grandes fluctuaciones a gran escala según sugieren los datos de BICEP2 (resultado este que también está en entredicho). Básicamente, el vacío del Modelo Estándar es separado por una barrera de potencial de un vacío inestable y el Universo puede saltar la barrera puede por culpa de las fluctuaciones de un Higgs sin masa efectivo, lo que colocaría al Universo en un vacío inestable que lo destruiría.

En este tiempo los físicos han tratado de explicar por qué el Universo no colapsó y han echado mano de todo tipo de teorías exóticas o de nuevas físicas. Sin embargo, un grupo de investigadores de Imperial College London y de las universidades de Copenhague y Helsinki ha llegado a una explicación mucho más simple que no requiere de nada exótico.

En su trabajo describen cómo la curvatura del espacio-tiempo producida por la gravedad proporciona la estabilidad necesaria al Universo para sobrevivir a la tremenda expansión de la inflación. Para ello han estudiado la interacción entre los bosones de Higgs y la gravedad según varía con la energía. Al parecer, incluso una pequeña interacción es suficiente para estabilizar el Universo.

Incluso para una escala de inflación muy alta las correcciones de la curvatura alteran el potencial efectivo del Higg del Modelo Estándar durante la inflación.

El último parámetro desconocido del Modelo Estándar es, en concreto, la magnitud de la interacción entre el Higgs y la gravedad. Este parámetro no puede ser medido en los aceleradores de partículas, pero tiene, según este nuevo estudio, un gran efecto sobre la estabilidad del Universo durante la inflación. Incluso un valor relativamente pequeño es suficiente para explicar por qué el Universo sobrevivió a ese evento sin necesidad de recurrir a físicas exóticas.

Estos físicos planean continuar con el estudio usando observaciones cosmológicas para saber más detalles de esta interacción y sus posibles efectos sobre el Universo temprano. En concreto usarán datos de futuras misiones de la ESA que midan el fondo cósmico de microondas y las ondas gravitatorias. Si son capaces de hacerlo, quizás puedan proporcionar el valor a ese último parámetro del Modelo Estándar o, por lo menos, acotarlo.