La estabilidad última del vacío de nuestro universo puede descansar en las masas de dos partículas fundamentales, el bosón de Higgs, que habita todo el espacio y todo el tiempo, y el quark top. Las últimas mediciones de estas masas muestran que nuestro universo es metaestable, lo que significa que puede o no permanecer en su estado actual esencialmente para siempre.

expectativas de vacío

Nuestro universo no siempre fue el mismo. En los primeros momentos del Big Bang, cuando nuestro cosmos era solo una fracción de su tamaño actual, las energías y temperaturas eran tan enormes que incluso las leyes básicas de la física eran completamente diferentes. En particular, los físicos creen que las cuatro fuerzas de la naturaleza (gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil) alguna vez se fusionaron en una sola fuerza unificada.

La naturaleza de esta fuerza combinada sigue siendo un misterio, pero a medida que el universo se expandió y se enfrió desde su estado prístino, las fuerzas se separaron. Primero vino la gravedad, luego la fuerza nuclear fuerte y finalmente el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil se separaron. Podemos reproducir este último paso en el laboratorio. En nuestros aceleradores de partículas más poderosos, podemos lograr las energías necesarias para recombinar estas fuerzas, al menos temporalmente, en una sola fuerza «electrodébil».

Cada vez que las fuerzas se dividían, el cosmos pasaba por una transición de fase radical poblada por nuevas partículas y fuerzas. Por ejemplo, la fuerza electrodébil combinada es transportada por un cuarteto de partículas sin masa, pero la fuerza electromagnética es transportada por una sola partícula sin masa, el fotón, mientras que tres partículas masivas transportan el núcleo débil. Si estas dos fuerzas no se hubieran dividido, entonces la vida tal como la conocemos, que depende de las interacciones electromagnéticas para unir los átomos en moléculas, simplemente no existiría.

El universo no ha visto tal reordenamiento de las fuerzas fundamentales en más de 13 mil millones de años, pero eso no significa que no sea capaz de jugar los mismos trucos nuevamente.

El bosón de Higgs crucial

La estabilidad actual del vacío depende de qué tan final fue esta división de la fuerza electrodébil. ¿Esta fisión llevó al universo a su estado fundamental final de energía más baja? ¿O es solo una escala en el camino de su desarrollo posterior?

La respuesta depende de las masas de dos partículas fundamentales. Uno es el bosón de Higgs, que juega un papel importante en la física: su existencia desencadenó la separación de las fuerzas electromagnética y nuclear débil hace muchos miles de millones de años.

Al principio, cuando nuestro universo era caliente y denso, el bosón de Higgs permaneció en segundo plano, lo que permitió que la fuerza electrodébil reinara sin obstáculos. Pero cuando el universo se enfrió más allá de cierto punto, el bosón hizo notar su presencia e interrumpió esa fuerza, creando una separación que se ha mantenido desde entonces. La masa del bosón de Higgs determinó cuándo ocurrió esta división y regula qué tan «fuerte» es esa división hoy.

Pero el Higgs juega otro papel importante en la física: al interactuar con muchas otras partículas, les da masa a esas partículas. La fuerza con la que una partícula se une al Higgs determina la masa de esa partícula. Por ejemplo, el electrón apenas habla con el bosón de Higgs, por lo que adquiere una masa ligera de 511 MeV. En el otro extremo del espectro, el quark top interactúa más fuertemente con el Higgs, lo que lo convierte en el objeto más pesado del modelo estándar de física de partículas, con un peso de 175 GeV.

En la física de partículas, las partículas interactúan constantemente e interfieren con todos los demás tipos de partículas, pero la fuerza de estas interacciones depende de la masa de las partículas. Entonces, si estamos tratando de evaluar algo relacionado con el bosón de Higgs, como su capacidad para mantener la separación entre las fuerzas electromagnética y nuclear débil, también debemos tener en cuenta cómo las otras partículas interferirán con ese esfuerzo. Y dado que el quark top es prácticamente el más grande del grupo (el siguiente más grande, el quark bottom, pesa solo 5 GeV), es esencialmente la única otra partícula de la que tenemos que preocuparnos.

estabilidad del universo

Cuando los físicos calcularon por primera vez la estabilidad del universo, que estaba determinada por la capacidad del bosón de Higgs para mantener la separación de fuerzas electrodébiles, no conocían la masa del propio Higgs ni la del quark top. Ahora lo hemos hecho: el quark top pesa unos 175 GeV y el Higgs unos 125 GeV.

La sustitución de estos dos números en las ecuaciones de estabilidad revela que el universo es… metaestable. Esto es diferente de estable, lo que significaría que el universo no podría dividirse inmediatamente, pero también diferente de inestable, lo que significaría que ya sucedió.

En cambio, el universo está equilibrado en una posición bastante precaria: puede permanecer en su estado actual indefinidamente, pero si algo interrumpiera el espacio-tiempo de manera incorrecta, se transformaría en un nuevo estado fundamental.

¿Cómo sería este nuevo estado? Es imposible decir, como el nuevo universo tendría una nueva física, con nuevas partículas y nuevas fuerzas de la naturaleza. Pero es seguro decir que la vida sería diferente, si no completamente imposible.

Lo que es peor, puede que ya haya sucedido. Es posible que algún rincón del cosmos ya haya comenzado la transición, con la burbuja de una nueva realidad expandiéndose hacia afuera a la velocidad de la luz. No sabríamos que nos golpeó hasta que ya había llegado. ¡Dormir bien!



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