El ‘mundo espejo’ fantasmal podría ser causa de controversia cósmica


Una nueva investigación sugiere un «mundo espejo» invisible de partículas que interactúa con nuestro mundo solo a través de la gravedad que podría ser la clave para resolver un gran rompecabezas en la cosmología actual: el problema de la constante de Hubble.

La constante de Hubble es la tasa de expansión del universo en la actualidad. Las predicciones para esta tasa, del modelo estándar de la cosmología, son significativamente más lentas que la tasa encontrada por nuestras mediciones locales más precisas. Muchos cosmólogos han estado tratando de resolver esta discrepancia cambiando nuestro modelo cosmológico actual. El desafío es hacerlo sin arruinar el acuerdo entre las predicciones del modelo estándar y muchos otros fenómenos cosmológicos, como el fondo cósmico de microondas. Determinar si existe tal escenario cosmológico es la pregunta que los investigadores, incluido Francis-Yan Cyr-Racine, profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México, Fei Ge y Lloyd Knox en la Universidad de California, Davis tienen estado tratando de responder.

La interpretación de un artista del satélite COBE. Crédito: Matthew Verdolivo, UC, Davis

Según la NASA, la cosmología es el estudio científico de las propiedades a gran escala del universo como un todo. Los cosmólogos estudian conceptos como la materia oscura y la energía oscura y si hay un universo o muchos, a veces llamado multiverso. La cosmología implica todo el universo desde el nacimiento hasta la muerte con misterios e intrigas en todo momento.

Ahora, Cyr-Racine, Ge y Knox han descubierto una propiedad matemática previamente desapercibida de los modelos cosmológicos que podría, en principio, permitir una tasa de expansión más rápida sin cambiar apenas las otras predicciones probadas con mayor precisión del modelo cosmológico estándar. Descubrieron que una escala uniforme de las tasas de caída libre gravitacional y la tasa de dispersión de fotones y electrones deja a la mayoría de los observables cosmológicos adimensionales casi invariantes.

«Básicamente, señalamos que muchas de las observaciones que hacemos en cosmología tienen una simetría inherente al volver a escalar el universo en su conjunto. Esto podría proporcionar una forma de comprender por qué parece haber una discrepancia entre las diferentes mediciones de la tasa de expansión del Universo». .»

La investigación, titulada «Simetría de observables cosmológicos, un sector oscuro del mundo espejo y la constante de Hubble», se publicó recientemente en Physical Review Letters.

Este resultado abre un nuevo enfoque para reconciliar el fondo cósmico de microondas y las observaciones de estructuras a gran escala con valores altos de la constante de Hubble H0: encuentre un modelo cosmológico en el que la transformación de escala se pueda realizar sin violar ninguna medida de cantidades no protegidas por la simetría. Este trabajo ha abierto un nuevo camino hacia la resolución de lo que ha resultado ser un problema desafiante. La construcción de modelos adicionales podría aportar coherencia con las dos restricciones aún no satisfechas: las abundancias primordiales inferidas de deuterio y helio.

Si el universo está explotando de alguna manera esta simetría, los investigadores llegan a una conclusión extremadamente interesante: que existe un universo espejo muy similar al nuestro pero invisible para nosotros, excepto a través del impacto gravitatorio en nuestro mundo. Tal sector oscuro del «mundo espejo» permitiría una escala efectiva de las tasas de caída libre gravitacional respetando la densidad de fotones media medida con precisión en la actualidad.

«En la práctica, esta simetría de escala solo podría realizarse al incluir un mundo espejo en el modelo, un universo paralelo con nuevas partículas que son todas copias de partículas conocidas», dijo Cyr-Racine. «La idea del mundo espejo surgió por primera vez en la década de 1990, pero no había sido reconocida previamente como una solución potencial al problema de la constante de Hubble.

«Esto puede parecer una locura a primera vista, pero tales mundos espejo tienen una gran literatura de física en un contexto completamente diferente, ya que pueden ayudar a resolver problemas importantes en la física de partículas», explica Cyr-Racine. «Nuestro trabajo nos permite vincular, por primera vez, esta gran literatura con un problema importante en cosmología».

Además de buscar los ingredientes que faltan en nuestro modelo cosmológico actual, los investigadores también se preguntan si esta discrepancia constante de Hubble podría deberse en parte a errores de medición. Si bien sigue siendo una posibilidad, es importante tener en cuenta que la discrepancia se ha vuelto cada vez más significativa a medida que se han incluido datos de mayor calidad en los análisis, lo que sugiere que los datos podrían no tener la culpa.

«Pasó de dos y medio Sigma a tres, y de tres y medio a cuatro Sigma. Por ahora, estamos prácticamente en el nivel de cinco Sigma», dijo Cyr-Racine. «Ese es el número clave que hace que esto sea un problema real porque tienes dos medidas de lo mismo, que si tienes una imagen consistente del universo deberían ser completamente consistentes entre sí, pero difieren en una cantidad estadísticamente significativa. «

«Esa es la premisa aquí y hemos estado pensando en qué podría estar causando eso y por qué estas medidas son discrepantes. Así que ese es un gran problema para la cosmología. Simplemente no parecemos entender lo que está haciendo el universo hoy».

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