Científicos han propuesto una nueva prueba poderosa para la inflación, la teoría de que el universo se expandió dramáticamente en tamaño en una fracción fugaz de segundo justo después del Big Bang.
En concreto, se plantea buscar las señales de un denominado 'reloj estándar primordial' que actuaría como una guía para reproducir cómo era el universo antes del Big Bang.
Aunque la inflación cósmica es bien conocida por resolver algunos misterios importantes sobre la estructura y la evolución del universo, otras teorías muy diferentes también pueden explicar estos misterios. En algunas de estas teorías, el estado del universo que precede al Big Bang, el llamado universo primordial, se contraía en lugar de expandirse, y el Big Bang era, por lo tanto, parte de un 'Big Bounce'.
Para ayudar a decidir entre la inflación y estas otras ideas, el problema de la falsabilidad, es decir, si una teoría puede probarse para demostrar que es potencialmente falsa, ha surgido inevitablemente.
Algunos investigadores, incluido Avi Loeb, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA) han expresado inquietudes acerca de la inflación, lo que sugiere que su adaptabilidad aparentemente infinita hace que sea casi imposible de probar adecuadamente.
"La falsificabilidad debería ser un sello distintivo de cualquier teoría científica. La situación actual de la inflación es que es una idea tan flexible que no puede ser falseada experimentalmente", dijo Loeb. "No importa qué valor se mida para algún atributo observable, siempre hay algunos modelos de inflación que pueden explicarlo".
Ahora, un equipo de científicos liderados por Xingang Chen de la CfA, junto con Loeb y Zhong-Zhi Xianyu del Departamento de Física de la Universidad de Harvard, han aplicado una idea que llaman un "reloj estándar primordial" a las teorías no inflacionarias, y presenta un método que puede ser usado para falsear experimentalmente la inflación. El estudio aparece en 'Physical Review Letters' como una sugerencia de los editores.
En un esfuerzo por encontrar alguna característica que pueda separar la inflación de otras teorías, el equipo comenzó identificando la propiedad definitoria de las diversas teorías: la evolución del tamaño del universo primordial.
"Por ejemplo, durante la inflación, el tamaño del universo crece exponencialmente", dijo Xianyu en un comunicado. "En algunas teorías alternativas, el tamaño del universo se contrae. Algunos lo hacen muy lentamente, mientras que otros lo hacen muy rápido.
"Los atributos que se han propuesto hasta ahora para medir, por lo general tienen problemas para distinguir entre las diferentes teorías, porque no están directamente relacionadas con la evolución del tamaño del universo primordial", continuó. "Entonces, queríamos encontrar cuáles son los atributos observables que se pueden vincular directamente con esa propiedad definitoria".
Las señales generadas por el reloj estándar primordial pueden servir para tal propósito. Ese reloj es cualquier tipo de partícula elemental pesada en el universo primordial. Dichas partículas deberían existir en cualquier teoría y sus posiciones deberían oscilar a alguna frecuencia regular, de manera muy similar al tictac del péndulo de un reloj.
El universo primordial no era del todo uniforme. Hubo pequeñas irregularidades en la densidad en escalas minúsculas que se convirtieron en las semillas de la estructura a gran escala observada en el universo actual. Esta es la principal fuente de información en la que se basan los físicos para aprender sobre lo que sucedió antes del Big Bang. Las señales del reloj estándar generaron señales que se imprimieron en la estructura de esas irregularidades. Los relojes estándar en diferentes teorías del universo primordial predicen diferentes patrones de señales, porque las historias evolutivas del universo son diferentes.
"Si nos imaginamos que toda la información que aprendimos hasta ahora sobre lo que sucedió antes de que el Big Bang esté en un rollo de fotogramas de película, entonces el reloj estándar nos dice cómo se deben reproducir estos fotogramas", explicó Chen.
"Sin información sobre el reloj, no sabemos si la película se debe reproducir hacia adelante o hacia atrás, rápida o lenta, al igual que no estamos seguros de si el universo primordial se estaba inflando o contrayendo, y la rapidez con que lo hizo. Aquí es donde el problema radica. El reloj estándar puso marcas de tiempo en cada uno de estos fotogramas cuando la película se filmó antes del Big Bang y nos dice cómo reproducirla", añadió.
El equipo calculó el aspecto de estas señales de reloj estándar en las teorías no inflacionarias y sugirió cómo se deben buscar en las observaciones astrofísicas. "Si se encontrara un patrón de señales que representaran un universo en contracción, falsearía toda la teoría inflacionaria", dijo Xianyu.
El éxito de esta idea radica en la experimentación. "Estas señales serán muy sutiles de detectar", dijo Chen, "por lo que tendremos que buscar en muchos lugares diferentes. La radiación cósmica de fondo de microondas es uno de esos lugares, y la distribución de galaxias es otro. Ya hemos comenzado a busque estas señales y ya hay algunos candidatos interesantes, pero necesitamos más datos".
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