¿Qué ocurrió en el primer trillón de trillón de trillones de segundo
después del Big Bang?
Los detectores de microondas super-sensitivos,
construidos en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología,
muy pronto podrán ayudar a los científicos a averiguarlo.
Los nuevos sensores, que se describen hoy en la American Physical Society (APS), celebrada en Denver, se hicieron dentro de un innovador experimento
en colaboración con NIST, la Universidad de Princeton,
la Universidad de Colorado en Boulder y la Universidad de Chicago.
Aunque el NIST es mejor conocido por mediciones terrestres,
desempeña un papel fundamental en el proyecto de estudio del fondo cósmico
de microondas (CMB), esa débil luminiscencia del Big Bang
que todavía llena el universo.
Este proyecto había construido anteriormente amplificadores superconductores
y cámaras para experimentos de la CMB en el Polo Sur,
en observatorios en globo y en la meseta de Atacama en Chile.
El nuevo experimento se iniciará alrededor de un año en el desierto chileno
y consistirá en colocar una gran variedad de potentes sensores del NIST
en un telescopio montado en un contenedor de transporte marítimo convertido.
Los detectores buscarán sutiles huellas de ondas gravitatorias primordiales
en el CMB, ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo del violento nacimiento del universo hace más de 13 millones de años.
Esas ondas, se cree que han dejado una huella tenue pero única,
en dirección del campo eléctrico del CMB, llamado "polarización en modo B".
Estas ondas, nunca confirmadas a través de mediciones,
son potencialmente detectables hoy día, si se utilizan equipos
lo suficientemente sensibles.
"Este es uno de los grandes desafíos a los que se enfrenta
la medición de la comunidad científica durante los próximos 20 años,
y uno de los más emocionantes además"
Si encuentramos estas ondas serían la prueba más evidente
que apoyaría la "teoría de la inflación",
lo que sugiere que todo el universo observable actualmente
se expandió rápidamente a partir de un volumen subatómico,
dejando a su paso el testigo de ondas gravitatorias del fondo cósmico.
"La polarización en modo B es la más importante evidencia
en relación con la inflación, que aún no se ha observado",
"La detección de ondas gravitatorias primordiales
a través de la polarización del CMB que recorrerá un largo camino
hacia la puesta en tierra firme de la teoría de la inflación".
Los datos también pueden proporcionar a los científicos
con conocimientos en diferentes modelos de la teoría de las cuerdas
del universo y otras teorías "unificadas" de la física.
Este tipo de experimentos sólo puede hacerse mediante
el estudio del universo en su conjunto, porque las partículas y campos electromagnéticos en el comienzo de la época inflacionaria fueron aproximadamente 10 mil millones de veces más calientes que las energías alcanzables por las más poderosas partículas colisionadas en la Tierra
hoy en día.
A esta escala de energía, las fuerzas fundamentales
identificadas ahora por separado se prevén fusionadas.
"El universo es un laboratorio de física"
"si se mira lejos, en realidad se está mirando hacia atrás en el tiempo, potencialmente podemos observar las interacciones ocurridas a unos niveles
de energía que siempre estarán fuera del alcance
de los experimentos terrestres".
Estudios recientes del CMB,
se han centrado en la medición de pequeñas variaciones espaciales
de la temperatura o lo que existía cerca de 380.000 años
después del Big Bang.
Estos patrones de radiación permiten a los científicos
para caracterizar la primera distribución de la materia y la energía
que se desarrolló dentro de las estrellas y galaxias de hoy.
Al comparar las mediciones que predicen las diferentes teorías,
los científicos hemos añadido la pertinente historia del universo,
reduciendo su edad, por ejemplo, a 13,7 mil millones de años.
Por el contrario, los nuevos detectores del NIST
están diseñados para medir no sólo la temperatura sino también
la polarización.
Las señales de polarización en modo B,
pueden ser más de un millón de veces más débiles
que las señales de temperatura.
Para detectar este tipo de patrones sutiles,
los detectores recogerán importantes cantidades de radiación de manera eficiente, y estarán libres de piezas móviles
y de las fuentes tradicionales de error sistemático,
como las vibraciones y las interferencias magnéticas.
Además, será necesario un procesamiento avanzado de señales
y de control de errores.
Los nuevos sensores son prototipos para un polarímetro del NIST,
que aumentará gradualmente su sensibilidad con futuros experimentos
mediante la construcción de miles de detectores dentro de unidades monolíticas que se pueden desplegar enlas cámaras criogénicas del telescopio.
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