CONDICIONES INICIALES t<10-32 s

desde el BIG BANGJorge Alfaro Solís

Facultad de Física

Pontificia Universidad Católica de Chile

CLAVES DE LA ASTRONOMIA:EL BIG-BANG

Calendario CósmicoEra Tiempo Temp(K) Escala(m) Eventos

Preinflación 10-43 -10 -35 s 10 26 10 -51 T se iguala

Inflación 10-35 -10 -32 s superfria..^ 10 -1 bariogénesis

Quarks libres 10-32 -10 -5 s 3x1012 10 13 q aniquila aq

Pre- 10-5 -100 s > 10 9 10 16 nacen p y nNucleosíntesis

Nucleosíntesis >100s 10 9 > 10 16 nucleos

Pre-atomic E <105 años >4000 10 22 nucleos y e

Recomb. >105 años <4000 > 10 22 universo transpar

ADVERTENCIA

• La Física de esta época del Universo se conoce con menor detalle y para tiempos más tempranos es todavía más incierta.

• No se ha elaborado un modelo de Física de Partículas que sea válido a muy alta energía, aún cuando hay algunos candidatos.

• No hay una teoría universalmente aceptada de GRAVEDAD CUANTICA.

EXITOS DEL MODELO ESTANDAR

• La radiación cósmica de fondo. Nos da información del momento en que la materia y la luz se separan . El Universo se vuelve transparente.

• Esto sucede alrededor de 300000 años después del Big Bang.

La Radiación de Fondo:t=300000 años después del Big Bang

T=2.735 K. Datos obtenidos por el satélite COBE

Nucleosíntesis de los elementos livianos

• Se sabe que los elementos livianos :

• Hidrógeno:75%

• Helio 24%

• Deuterio,Litio, Berilio ..<1%

• No se pueden haber producido en las estrellas(no hay suficiente tiempo para ello).

• Por lo tanto se produjeron pocos minutos después del Big Bang.

PROBLEMAS DEL MODELO ESTANDAR

• El Horizonte: El Universo a gran escala se ve igual en todas direcciones (isotropía) y desde cualquier punto de él(homogeneidad).

• Como se las arregló para ajustarse de esta manera?

• La única posibilidad es que las partes del Universo se hayan influido mutuamente.

• PERO esto no se puede hacer con rapidez superior a la velocidad de la luz.

• SIN EMBARGO si proyectamos el Universo hacia atrás en el tiempo encontramos que era más grande que lo que se requiere para que todas las partes estén al alcance de rayos de luz enviados de una a la otra parte.

Los puntos A y B de la Radiación de Fondo tienen propiedades muy similares. Cómo se “pusieron de acuerdo”?

El Universo es plano, no curvo

• De acuerdo a la Relatividad General de Einstein, el Universo puede ser curvo o plano dependiendo de su contenido de materia. Es plano sólo si la densidad de materia es igual a la llamada densidad crítica:

• c=1.67x10-24gramos.

• Para que esto sea cierto hoy, la densidad de materia del Universo al comienzo debe ser igual a la densidad crítica con una exactitud de:

• |(1s)-1|=O(10-16)

• |(10-43 s)-1|=O(10-60)

• Esto es una enorme coincidencia que requiere ser explicada.

= / c

Pequeñas desviaciones de la densidad crítica crecen con el tiempo.

ALGUNAS BESTIAS DEL MICROCOSMOS

• El Universo al enfriarse fue creando zonas con enorme cantidad de energía, llamadas MONOPOLOS MAGNETICOS.

• Las teorías de Física de Partículas predicen la creación de una enorme cantidad de Monopolos Magnéticos.

• PERO NO SE HA DESCUBIERTO NINGUNO.

Simetrías y Unificación

Supersimetría:Intercambia bosones con fermiones

• FERMIONES:

• Espín:1/2,3/2,5/2...• Obedecen el Principio de

Exclusión de Pauli:Dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico

• Partículas de materia:electrón,quark,neutrino...

• BOSONES

• Espín:0,1,2,3..• No obedecen el Principio

de Exclusión• Partículas que llevan las

fuerzas:fotón,gluón,Z0,W+,W-, gravitón...

Evidencia Indirecta de Supersimetría:Constantes de Acoplamiento

como función de la energía

• Modelo Estándar • Modelo Estándar +Susy

INFLACION COSMICA

• Por un breve periodo de tiempo el tamaño del Universo crece exponencialmente:

INFLACION explica por que el Universo es plano.

INFLACION II

• Aún cuando hubiesen muchos MONOPOLOS MAGNETICOS antes de la época de INFLACION, su densidad actual es despreciable porque el tamaño del Universo creció en un factor gigantesco durante la INFLACION.

INFLACION III

• Resuelve el problema del HORIZONTE: Los puntos A y B estaban mucho más cerca antes de la época de inflación, así que pudieron enviarse rayos de luz (señales) para “ponerse de acuerdo”.

• La fuerza de gravedad entre partículas elementales es despreciable comparada con las otras fuerzas, pero a una energía de Mp=1019 Gev (La masa de un protón es aprox. 1 Gev), llega a ser dominante.

• El Universo para t<10-35 segundos después del Big Bang tenía una energía por partícula del orden de Mp.

• La fuerza de gravedad determina las condiciones iniciales: contenido de materia.; si hubo otro universo antes...

• En este instante, el Universo tiene dimensiones atómicas. Se hace imprescindible utilizar la Mecánica Cuántica.

Gravedad Cuántica?

El Espacio Cuántico

?

Bibliografía

• J. Breithaupt, “Cosmology”, Teach yourself books 1999.

• A. Guth, “The Inflationary Universe”, Perseus Books 1997.

• S. Weinberg, “Dreams of a Final Theory”,Vintage Books 1992.