El experimento BICEP2 que se lleva a cabo en el polo sur revolucionó ayer el mundo físico con la conferencia llevada a cabo en Harvard.
Podemos leer la nota de prensa oficial aquí.
Desde ese momento, la red como es lógico se ha inundado de toda clase de información al respecto.
He querido tomarme un tiempo para leer, investigar y tratar de explicar de forma más o menos sencilla de qué trata dicho hallazgo.
El Big Bang explica la evolución del universo desde pocos instantes después de que se produjera una gigantesca explosión que creó todo aquello que conocemos y el universo en el que vivimos.
No sabemos lo que ocurrió en tal extremo porque la física actual no alcanza a explicarlo, sin embargo, la teoría del Big Bang y más concretamente, todo lo que conforma el llamado modelo cosmológico estándar nos han permitido explicar con bastante precisión los distintos estadíos por los que fue pasando el universo desde que era mucho más pequeño que un átomo hasta nuestros días.
El estudio de esos primeros momentos es especialmente importante para la física porque explora unas condiciones totalmente distintas a las del universo actual, en un mundo en el que todas las leyes que conocemos se llevan al límite en escala y en tamaño y es un campo de pruebas excelente para la física.
Estudiar las huellas de aquella devastación es uno de los principales campos de investigación de la cosmología actual.
En efecto, existen testigos de la explosión ocurrida hace 13700 millones de años. Pero estos testigos son una forma de energía muy atenuada por el paso de los millones de años y la distancia, lo cual dificulta enormemente su observación y su tratamiento, pero está ahí.
La radiación de fondo de microondas es una de estas huellas.
Esta radiación es el eco del turbulento pasado de nuestro universo cuando éste apenas tenía unos 300000 años de edad. No pudo ser liberada antes debido a las condiciones tan extremas en las que se encontraba el universo. Tan pronto como aquellos fotones fueron libres de viajar sin ataduras, impregnaron el espacio en todas las direcciones.
Hoy, esos fotones fruto del paso del tiempo son una huella detectable en la banda de las microondas y una señal que está en todas partes. Una señal de aquella destrucción que se ha ido enfriando progresivamente hasta una temperatura de unos 2.7 K.
Una de las hipótesis más controvertidas del actual modelo cosmológico es que para que el universo sea tal y como lo vemos, tuvo que existir una época primigenia en la cual la expansión del universo era muchísimo más acelerada de lo que vemos en la actualidad. Esta época se conoce como periodo inflacionario o inflación cósmica.
La inflación es la propuesta a la resolución del llamado problema del horizonte. Consiste básicamente en ser capaces de entender por qué el universo es tan homogéneo cuando no ha dado tiempo en 13700 millones de años a que se establezca el equilibrio térmico por el simple motivo de que hay regiones separadas entre sí distancias mucho mayores a 13700 millones de años.
La distribución del fondo cósmico de microondas es tan homogéneo (alcanza valores muy similares de temperatura en cada punto) e isótropo (no podemos distinguir direcciones privilegiadas) que nos lleva a pensar que en el universo se ha puesto de acuerdo para alcanzar valores similares en cada punto, contradiciendo el hecho de que ninguna interacción pueda viajar más rápido que la luz.
Para resolver este problema, Alan Guth y Andrei Linde plantearon la inflación cósmica. Se trata de suponer que por un tiempo, la expansión del universo fue extremadamente superior a lo que vemos hoy en día. Tanto, que incluso se alcanzaron velocidades superlumínicas en aquellos instantes.
Uno de los experimentos que analizan el fondo de microondas es precisamente el telescopio BICEP2, que estuvo analizando el cielo hasta 2012 y ayer publicaron el descubrimiento que sería la primera evidencia directa de la inflación del universo. BICEP2 ha descubierto modos B producidos por ondas gravitacionales primordiales. Veámoslo un poco más en detalle.
La radiación de fondo de microondas es una señal extremadamente tenue.
Esto, unido a que estamos en un planeta cuya atmósfera posee grandes cantidades de agua, que atenúa bastante las microondas, dificulta enormemente la observación y estudio del fondo cósmico.
Por esta razón los experimentos que tratan de analizar esto se van a los lugares más secos del planeta, y la Antártida, por chocante que pueda parecer, es el desierto más árido del mundo.
Es por tanto el lugar ideal para emplazar un experimento de estas características.
¿Cómo podemos sacar información del fondo cósmico, que nos desvele lo que ocurrió en aquella época?
El fondo cósmico es una radiación electromagnética que impregna todo el universo. Como cualquier radiación electromagnética, consiste en un campo eléctromagnético que oscila, aunque en ocasiones nos resulta más útil referirnos a estas oscilaciones hablando simplemente de fotones.
Estas ondas electromagnéticas podrán tener un sentido de oscilación aleatorio, sin ninguna dirección en particular, o estar polarizadas.
La polarización electromagnética es un fenómeno físico que hace que los campos eléctrico y magnético de una onda que oscilan de una determinada manera sean privilegiados, impidiendo o dificultando la propagación de otras señales cuya oscilación es diferente.
En esta imagen por ejemplo tendríamos un grupo de ondas cuyo campo eléctrico oscila cada una en un plano diferente, pero cuando llega al polarizador horizontal, éste solo permite el paso de una determinada forma de oscilación, con lo que a la salida, solo nos queda ésta.
Pues bien, hay ciertos fenómenos que son capaces de polarizar una radiación como la de la radiación de fondo de microondas y además, hemos podido comprobar que efectivamente el fondo de microondas tiene una determinada polarización.
Las dos maneras en las que encontramos esta polarización se llaman Modos E y Modos B. Los modos E surgen por la dispersión Thomson dentro del plasma primordial del que emanó el fondo de microondas.
Para explicar este fenómeno, imaginemos una superficie reflectante como por ejemplo un espejo. La luz incide y choca contra un electrón de los átomos del espejo. El electrón absorbe dicho fotón y como ha ganado energía, oscila pero rápidamente vuelve a emitir este exceso de energía, en forma de otro fotón con la misma frecuencia pero esta vez el plano de oscilación ha cambiado, de acuerdo con el que adquirió el electrón.
Esto se llama polarización por reflexión y es parecido a la dispersión de Thomson. La luz incidente es dispersada con la misma frecuencia, pero con una forma de oscilar privilegiada.
Esto fue ya observado en el año 2013 en el South Pole Telescope.
El otro tipo de polarización son los modos B, cuya detección es extremadamente difícil porque se confunden con el ruido. Los modos B se producen o bien debido a modos E que nos llegan desviados por una lente gravitacional o bien, los modos B primordiales, surgidos de ondas gravitacionales fruto de la inflación cósmica.
Aquí está el quid de la cuestión. Ya se encontraron modos B fruto de lentes gravitacionales, pero esta es la primera vez que se descubren modos B que de forma concluyente son debidos a ondas gravitacionales durante la inflación del universo. Y es aquí donde tenemos una evidencia casi directa de la inflación del universo y de las ondas gravitacionales primordiales, las ondas gravitacionales emitidas en aquellos instantes.
Cabe destacar que BICEP2 no ha descubierto las ondas gravitacionales, porque ya las hemos detectado con otros experimentos desde hace décadas.
La relevancia física de este hallazgo es que, por un lado, la inflación del universo recibe un espaldarazo muy grande.
Es decir, se nos indica que vamos en la dirección adecuada.
No podemos afirmar que este sea el argumento definitivo en la consolidación de la inflación pero sí una prueba muy importante, lo suficiente como para descorchar botellas
