mas del modelo del Big Bang inflacionario distintos al de la materia oscura y que tiene que ver con la formación de las galaxias: algunos de los parámetros de la teoría estándar deben ser ajustados a valores extremadamente pequeños para que las estructuras astrofísicas generadas y la amplitud de las anisotropías pre- sentes en la radiación de fondo no sobrepasen lo que se observa actualmente.
Se ha formulado otra clase de modelos cosmológicos llamados modelos de defectos topológicos cósmicos; la formación de defectos topológicos fue predi- cha por el modelo estándar de partículas elementales. Entre estos modelos, el que interpreta que los defectos topológicos dan origen a cuerdas cósmicas y está dentro del Big Bang inflacionario es el más estudiado actualmente. No se trata de las cuerdas fundamentales que la teoría de cuerdas o supercuerdas propone como entidades de base que sustituyen a las partículas elementales.
una enorme densidad de energía, que se desplazan a velocidades relativistas curvando el espacio-tiempo que las rodea. ¿Qué fenómenos astrofísicos pueden explicar las cuerdas cósmicas? Por la densidad de energía extraordinaria que po- seen, interactúan gravitacionalmente de modo peculiar, y pueden generar con- centraciones de materia para la formación de grandes estructuras astrofísicas; perturbar dichas estructuras generando velocidades de deriva como las que hoy se observan; curvar rayos de luz procedentes de cuásares o galaxias distantes ac- tuando como lentes gravitatorias; perturbar el fondo cósmico de radiación tanto en la época del desacople de la materia no-relativista y la radiación, como durante el viaje de los fotones del fondo cósmico hacia nosotros. Sus movimientos rápidos e interacciones podrían generar ondas gravitatorias, pero aún éstas no han sido detectadas.
Hay modelos que postulan, además, que las cuerdas cósmicas desarrollarían enormes corrientes eléctricas, como si fueran alambres conductores, que podrían explicar la generación de campos magnéticos primordiales a escalas protogalác- ticas. Cuerdas de más baja energía podrían explicar el origen de la materia oscura y ser generadoras de los rayos cósmicos más energéticos en la actualidad. Se denomina rayos cósmicos a fotones, electrones, protones y núcleos pesados con elevadas energías que provienen del espacio exterior, bombardeando la atmós- fera.
Pero, ¿cómo se forman los defectos topológicos? La respuesta está en las teorías de gran unificación, que involucran energías del orden de 1016 GeV; ener- gías que corresponden a momentos anteriores a la inflación cósmica, como se mencionó en el capítulo anterior. Las teorías de gran unificación son modelos de física de partículas que proporcionan el marco matemático en el que, con ex- cepción de la gravedad, todas las otras formas de interacción se relacionan en términos de simetría y la “ruptura” de esa simetría dará origen a las leyes físicas y las fuerzas como las conocemos hoy. A medida que el Universo se expandía y se enfriaba, primero la interacción gravitatoria y luego todas las demás conocidas: la interacción fuerte, la débil y la electromágnética, habrían ido adoptando sus propias identidades. Como vimos en el capítulo anterior, en el marco del modelo estándar del Big Bang, la ruptura espontánea de simetrías fundamentales se reali- za en forma de transiciones de fase del universo temprano. Una transición de fase es un cambio abrupto en una o más propiedades físicas de un sistema cuando su temperatura varía en forma continua. Como analogía consideremos la transición de fase de agua a hielo: la formación de la estructura cristalina del hielo rompe la simetría que poseía el sistema en la fase líquida, cuando ninguna dirección par-
ticular era privilegiada. En cada transición el espacio tiempo se “orienta”, desde un alto grado de simetría a uno menor, por la presencia de un campo de fuerzas hipotético; los físicos de partículas piensan que este campo es el campo de Higgs, que se extiende por todo el espacio.
El hipotético campo de Higgs, de cuya existencia se buscan pruebas en el Gran Colisionador de Partículas del CERN, como se mencionó en el capítulo pre- cedente, tendría como función dar la masa a las partículas; de forma similar a como las partículas toman energía de los campos gravitatorio o electromagné- tico. Pero hay una diferencia, la masa tomada del campo de Higgs es masa en reposo, la masa que se mediría en un laboratorio. En cambio la masa tomada de los campos más familiares, en virtud de la ecuación de Einstein E = mc2, es masa
adquirida por la partícula en virtud del movimiento que posee o de la energía potencial de un campo. Hasta ahora no se tiene idea de qué reglas controlan los incrementos de masa generados por el campo de Higgs o por qué, por ejemplo, el fotón no toma masa de dicho campo.
El campo de Higgs se ve alterado por fluctuaciones cuánticas (en la física cuántica todo fluctúa) y variaciones térmicas por lo que su comportamiento no sería uniforme en el espacio, terminaría orientado de diferentes maneras en dis- tintas regiones del espacio, cuando estas regiones o dominios de orientaciones distintas se pusieron en contacto no encajaron unos con otros suavemente y ge- neraron “defectos”. Los mismos atraparon el estado físico del Universo temprano, un estado enormemente energético. Serían estos defectos del campo de Higgs los responsables de la existencia de las cuerdas cósmicas. Encontrar un bosón de Higgs (el portador de la interacción en el campo de Higgs, así como el fotón es el portador de la interacción electromagnética del campo electromagnético) con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) tendría, al menos, dos grandes conse- cuencias: salvar, en principio, el modelo estándar de partículas y al modelo cos- mológico estándar con cuerdas cósmicas consideradas como consecuencias de los defectos topológicos cósmicos.
Finalmente, merece comentarse que el físico argentino Juan Maldacena (1968- ) aplicó la teoría de las cuerdas sobre agujeros negros y de sus resultados propuso en 1998 una sorprendente equivalencia entre una teoría de cuerdas en un espacio curvado de cinco dimensiones (con geometría anti de Sitter) y una teoría cuántica de campos gauge (campos que exhiben alguna simetría interna abstracta conocida como invariancia de gauge) en cuatro dimensiones. Esta revo- lucionaria propuesta, conocida como la “correspondencia de Maldacena”, permi- te describir una teoría gravitacional en términos de una teoría sin gravedad en una
dimensión menor, siendo crucial en la comprensión del comportamiento cuántico de los agujeros negros y por lo tanto de la gravitación cuántica, encontrando tam- bién una posible aplicación al estudio del plasma de quarks y gluones obtenido experimentalmente en colisiones de iones pesados.