El secreto de la energía oscura podría estar en el Modelo Estándar escondido tras el “fantasma de Veneziano”

Por Francisco R. Villatoro, el 17 septiembre, 2009. Categoría(s): Ciencia • Energía oscura • Física • Physics • Relatividad • Science ✎ 6

Dibujo20090916_dark_energy_QCD_explanation_versus_observational_valueSi quieres que te toque la lotería tienes que apostar. En ciencia, los grandes avances requieren hipótesis arriesgadas. ¿Qué es la energía oscura? Nadie lo sabe, aunque hay multitud de hipótesis. Sólo los experimentos decidirán cuál es la correcta. ¿Puede explicarse la energía oscura utilizando el Modelo Estándar? Urban y Zhitnitsky han observado que el lagrangiano quiral de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría de los quarks, embebido en un espaciotiempo curvo, genera una densidad de energía del vacío que se puede interpretar como un término cosmológico pequeñísimo, pero suficiente para forzar la aceleración de la expansión del universo que se ha observado con supernovas tipo Ia. La unión de gravedad y QCD conduce de forma natural a la energía oscura. El mayor problema de esta propuesta, por lo demás, técnicamente muy ingeniosa pero sencilla, es que conduce a una ecuación de estado para la energía oscura con w=-0.75, cuando los experimentos favorecen un valor más próximo a w=-1. Sorprendentemente, la evolución del parámetro de Hubble no es muy sensible a este valor y se reproduce muy bien su evolución observada experimentalmente. El artículo técnico es Federico R. Urban, Ariel R. Zhitnitsky, “The QCD nature of Dark Energy,” ArXiv, Submitted on 14 Sep 2009, secuela de los dos anteriores “The cosmological constant from the Veneziano ghost which solves the U(1) problem in QCD,” ArXiv, Submitted on 11 Jun 2009, y “The cosmological constant from the ghost. A toy model,” ArXiv, Submitted on 11 Jun 2009 [publicado en Phys.Rev.D 80: 063001, 2009].

El secreto de la energía oscura se encuentra en el campo fantasma de Veneziano. ¿Qué es eso? Muchas teorías cuánticas de campos presentan partículas y campos que no son físicos, que se denominan “fantasmas” (ghosts). Cuando se une la gravedad a una teoría cuántica de campos, como es el caso en el artículo que estamos comentando, es habitual que aparezcan partículas fantasmas en la versión clásica de la teoría, previa a su versión cuántica. Como estos fantasmas son considerados no físicos (unphysical) normalmente se busca un procedimiento de cuantización que los elimine en la versión cuántica de la teoría. Sin embargo, Urban y Zhitnitsky han considerado sus efectos físicos si no fuesen eliminados. ¿Fantasma de Veneziano? Bueno, los autores no han considerado la QCD completa sino una versión aproximada a baja energía de dicha teoría desarrollada por Veneziano (uno de los creadores de las primeras teorías de cuerdas a finales de los 1960, época en que se usaban para explicar la fuerza nuclear fuerte, cuando todavía no se había desarrollado la QCD). El análisis de dicha teoría efectiva en un universo curvo conduce a la aparición del campo fantasma de Veneziano.

Por supuesto, el trabajo de Urban y Zhitnitsky es un modelo muy sencillo, casi de juguete (toy model). La teoría correcta debería considerar la QCD completa (en 3+1 dimensiones o 4D) inmersa en un espaciotiempo curvo, es decir, acoplada con la gravedad. Analizar esta teoría completa no parece fácil. Según los autores del estudio, la contribución del fantasma de Veneziano tiene características únicas que hacen pensar que seguirá actuando de la misma forma cuando se extienda el análisis al caso más realista de la QCD en 4D. Ellos afirman que este campo sin masa está protegido y sobrevivirá en dicho caso. Además, afirman que es el único campo lineal sensible a la topología global del espaciotiempo que se espera observar en el acomplamiento de la QCD 4D con un campo gravitatorio (espaciotiempo curvo).

Por supuesto, todo esto no es más que una hipótesis. Demasiado buena para ser verdad. Lo más razonable para los próximos meses (años) es la confirmación del resultado obtenido en el modelo de juguete utilizando métodos numéricos (QCD en redes o lattice QCD). Si se obtuviera, sería un fuerte acicate para que los teóricos dediquen sus esfuerzos al fantasma de Veneziano en la QCD 4D. Si no se obtuviera, todo quedaría en una hipótesis más en el pajar de las hipótesis para explicar la energía oscura. ¿Quién encontrará la aguja en dicho pajar?



6 Comentarios

  1. Yo no soy el fantasma Veneziano, pero puedo afirmar que firmo como el Fantasma de Alma en muchos sitios como este, uno de los mejores a mi humilde juicio.

    Digo: Si el espacio/tiempo es curvado por la presencia de masa como energía concentrada, que afecta un entorno gravitatorio puro y su volumen es oscilante dado por el punto de acercamiento o distanciamiento de L1, L2, L3 L4 de la geodésica, dada por las fuerzas G y del movimiento de la materia, la energía resultante de ese movimiento invisible, como, “un viento solar” esa es la energía oscura ( ondas). Como efecto esencial ligado a lo fundamental de la gravedad y a la eficacia de la materia oscura, fluctuante de densidad y presión por compresión del E/T, esta variabilidad se ubica dependiendo del observador y lo observado si es fondo o borde, fondo 27 de vacío de modo positivo o 16 de borde, también como factor escalar, y 22 al centro mismo del cúmulo. El hecho que el cumulo bala azul de Chandra se encamina por delante del gas caliente de materia es producto de la ley de conservación y transformación de la materia, efecto o resultado según quiera ser leído dicho fenómeno, para enfriar la materia, la condición eficaz dicha y mencionada mas arriba.

    Masa/energía, concentrada como una o dispersa como otra, no puede concebirse sin “vacío” que fluctua entre una realidad concentrado y otra dispersa.
    El dialéctico y un poco idealista Hegel decía: “masa y vacío una sin la otra pueden existir”. Entonces para finalizar digo: una es relación de determinación y otra es relación aleatoria que se desenvuelven en fases simultaneas recíprocas.

    No confundir el Fantasma de Alma, con algún investigador de Alma ( Chile).
    Soy argentino sin causa chovinista, de un simple barrio de Buenos Aires, Almagro.
    Héctor.

    1. Perdón, pero lo que decís no tiene ningún sentido, es un conjunto de frases y palabras sueltas sin ninguna coherencia… no te ofendas, pero no tenes ni la menor idea de lo que estas diciendo….

  2. Hola hector, por fin alguien que se anima a exponer sus ideas! no entiendo ni jota pero lo lei y me agradó. Quiero saber que función cumple en la teoría del secreto de la energia la secuencia fibonacci, y agradeceria mucho algun tipo de comentario. muchas gracias!!

  3. ¿No será que la “Materia Oscura” sea a la física del siglo XXI lo mismo que el “Eter” a la fisica del siglo XIX?

    Seguramente estoy equivocado, pero encuentro demasidas simulitudes….

    1. Félix. Supongo que te refieres a “Energía Oscura” y “Éter.”

      ¿Parecido entre “éter” y “energía oscura”? Obviamente hay un parecido epistemológico. El éter sirvió como acicate para unir electromagnetismo y mecánica dando lugar a la relatividad especial de Einstein. Muchos piensan que la “energía oscura” servirá como acicate para unir el Modelo Estándar y la teoría de la gravedad dando lugar a una teoría que incluya a la gravedad cuántica. En el s. XIX no se sabía nada del éter y hasta que no se descubrió cómo medirlo. y se ejecutaron los experimentos para medirlo, no se dio el paso fundamental para entenderlo (se vio que no existía). En el s. XXI todavía no sabemos nada de la “energía oscura” y nadie sabe cómo medirla (la evidencia que tenemos de ella es indirecta, es una evidencia fuete, pero indirecta). Cuando un genio o genios descubran cómo medir experimentalmente sus propiedades sabremos si existe o no y sabremos cuál es el camino para la teoría correcta de la gravedad cuántica.

      ¿Existe el éter? En el s. XIX se diría que obviamente sí, la luz existe, la luz la vemos, luego el éter existe. Respuesta obviamente equivocada. ¿Existe la energía oscura? A principios del s. XXI se diría que obviamente sí, el WMAP la observa, las supernovas Ia también, la dinámica de supercúmulos galácticos también, etc. ¿Respuesta correcta? ¿Respuesta equivocada? Quien sabe… recapitulemos (por si acaso).

      La “Materia Oscura” es un tipo de materia “ordinaria” que es oscura porque no emite radiación electromagnética y cuya distribución espacial indica que interactúa poco con la “materia ordinaria” que emite radiación. Hay muchos candidatos a “materia oscura” como agujeros negros primordiales, neutrinos estériles, partículas supersimétricas estables, etc.

      La “Energía Oscura” es muy diferente a la “materia” (oscura u ordinaria) porque “antigravita” como su tuviera energía/masa negativa (repele en lugar de atraer como es habitual en la gravedad). No se sabe lo que es pero todo apunta a que es el propio vacío cuántico porque, grosso modo, cuanto más vacío está el espaciotiempo más energía oscura tiene. Pero no sabemos de qué está vacío el vacío para que parezca lleno de “energía oscura” (todas las propuestas actuales suelen fallar por decenas de órdenes de magnitud).

      El “Éter” del s. XIX era el medio mecánico en el que las ondas electromagnétias (a luz) se propagaba como una vibración transversal. ¿Qué es la luz? La vibración del éter, dirían en el s. XIX. Un gran problema era conocer las propiedades mecánicas del éter (las que tendría si estuviera formado por átomos) ya que tenía que ser demasiado rígido. El arrastre del éter por parte de un cuerpo (Tierra, Sol, etc.) afectaría a sus propiedades y a la velocidad de la luz en el vacío. Hoy sabemos que la velocidad de la luz es constante a muchos órdenes de magnitud, luego el éter no existe.

  4. Gracias por la aclaración. Efectivamente me refería al parecido epistemologico.

    El concepto de éter se introdujo para conciliar el electromagnetismo de Maxwell con el marco teórico imperante de su época. Una vez desechada la idea del éter, quedó abierto el camino a la Relatividad Especial.

    La cuestión es si se puede demostrar empíricamente la existencia de la Energía Oscura.

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