Un vacío realmente vacío resuelve el rompecabezas de la energía oscura

El espacio vacío, en realidad, puede estar vacío

Aunque la teoría cuántica sugiera que el vacío debe ser una efervescente actividad de partículas, resulta que esta visión paradójica de la nada puede no ser necesaria. Una imagen más tranquila del vacío podría ayudar también a resolver una persistente contradicción con la energía oscura, esa elusiva fuerza que, según se cree, acelera la expansión del universo.

La teoría cuántica de campos nos dice que en un espacio aparentemente vacío se crean y destruyen constantemente efímeros pares de partículas y antipartículas. Una rama de la teoría, llamada cromodinámica cuántica (CDC) —que explica cómo se comportan los quarks y gluones, las partículas que componen los protones y los neutrones— predice que el vacío debe estar inundado con un mar interactivo o «condensado» de quarks y gluones. Esta imagen ayuda a explicar cómo las partículas formadas de quarks obtienen la mayoría de su masa.

Este condensado tiene energía, de modo que podría ser considerado como candidato a ser la misteriosa fuente de la energía oscura, que se puede describir con un parámetro llamado constante cosmológica. El problema es que cuando los físicos usan la CDC para estimar la densidad de energía del condensado, sus cálculos indican que sería de unas 1045 lo que medimos en observaciones para la constante cosmológica.

Ahora Stanley Brodsky, del SLAC National Accelerator Laboratory en Menlo Park, California, y sus colegas, han encontrado una manera de librarse de esta discrepancia. «La gente ha tomado como cuestión de fe que este condensado de quarks está presente en todo el vacío», dice Brodsky. En cambio, su equipo piensa que este condensado sólo existe dentro de los protones, neutrones, piones y todas las otras partículas que contienen quarks, conocidos colectivamente como hadrones (Physical Review C, DOI: 10.1103/PhysRevC.82.022201).

«En nuestro escenario, los quarks y los gluones no pueden surgir y desaparecer de la existencia a menos que estén dentro de los hadrones», dice el miembro del equipo Craig Roberts, del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. Como resultado, el vacío es mucho más tranquilo y, crucialmente, se reduce el problema que plantea la constante cosmológica.

En 1974, Aharon Casher de la Universidad de Tel Aviv en Israel, y Leonard Susskind, ahora en la Universidad de Stanford en California, sugirieron que sólo un condensado presente dentro de los hadrones podría dar masa a estas partículas. Brodsky y sus colegas son los primeros en demostrar que esta idea también ayuda a resolver la discrepancia de la energía oscura.

Daniel Phillips, de la Universidad de Ohio en Atenas, está muy excitado por el resultado, pero dice que aún queda por demostrar que el condensado no puede escapar de los hadrones y pasar al vacío. Él señala que el resultado no excluye la existencia de un condensado de vacío. «Esto sólo muestra que no hay que asumirlo [obligadamente]».

Otra cuestión es que los condensados de quarks y gluones que predice la CDC no son las únicas entidades en discordancia con la observación de la constante cosmológica. Otras teorías predicen energías del vacío que la superan vastamente. «Para resolver el problema de la constante cosmológica habría que eliminar todas estas contribuciones», dice Dejan Stojkovic, de la Universidad de Buffalo, en Nueva York.

La peor predicción que la física haya realizado jamás

«Cae una, llegan tres» sería un mantra apropiado para quien intenta explicar la expansióna acelerada del universo en términos de la energía del proceso xuántico en el espacio vacío.

El problema es que todas las fuentes potenciales de esta energía del vacío dan unos valores que superan lejos la constante cosmológica, una estimación de la densidad de energía del universo basada en la tasa de expansión que se observa. Un nuevo estudio podría haberse librado de una fuente del exceso de energía (como vimos arriba), pero hay otras, todavía más problemáticas. El bosón de Higgs, que se piense puede ser en parte responsable de la masa de las partículas, tiene un campo asociado cuya energía de vacío es 1056 veces la constante cosmológica que se observa. Mientras tanto, la energía del vacío asociada a las grandes teorías unificadas que tienen como objetivo unificar el electromagnetismo y las fuerzas nucleares dan un valor de 10110 veces más grande.

La mayor disparidad de todas viene de los intentos de unificar la mecánica cuántica y la relatividad general. Bajo la llamada gravedad cuántica, la densidad de energía es de 10120 veces más grande. «A esto se le llama en realidad la peor predicción que jamás haya hecho la física», dice Dejan Stojkovic, de la Universidad de Buffalo, en Nueva York.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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