Según algunos estudios un Higgs de 126 GeV/c2 daría lugar a un universo metaestable.
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| Potencial del Higgs. Fuente: UC Irvine. |
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Los últimos resultados publicados por el CERN parecen confirmar la
existencia del bosón de Higgs, cuyo descubrimiento se anunció hace unos
meses. El Higgs descubierto tiene una masa de 126 GeV/c
2. Sin
embargo, no se descarta que existan otros bosones de Higgs más pesados.
Incluso a la energía a la que ha operado el LHC se podrían crear esas
versiones más pesadas del Higgs, pero la estadística no es buena de
momento. Una vez se actualice este acelerador y opere a mayor energía
quizás se puedan descubrir esas partículas, o no.
Como ya todos sabemos, el Higgs permite dotar de masa al resto de las
partículas dependiendo de lo fuerte que sea su interacción. Así por
ejemplo, los fotones no interaccionan con el Higgs y por eso no tienen
masa. Sin embargo un protón (o los quarks que lo constituyen) lo hace
fuertemente y por eso es pesado. Para ello no hace falta que el Higgs
tenga un consciencia real, sino virtual. En la Teoría Cuántica de Campos
las fuerzas aparecen debido al intercambio de partículas virtuales,
partículas que aparecen y desaparecen constantemente en el vacío. De
este modo, si frotamos un plástico y con el atraemos unos papelitos, la
fuerza electromagnética que aparece y atrae esos papelitos está formada
por fotones virtuales. La fuerza fuerte que mantiene la cohesión
nuclear se basa en el intercambio de gluones y así para el resto de las
otras fuerzas. Cada fuerza está mediada por su propio bosón (partículas
de spin entero). El vacío está lleno de partículas virtuales y un campo
no es más que una alteración de ese mar de partículas virtuales.
Pero si queremos manifestar esas partículas y que tomen consistencia
real no queda más remedio que poner energía hasta alcanzar la
masa-energía necesaria. Para el caso el Higgs 126 GeV/c
2, es decir el equivalente a 126 protones, más o menos.
El vacío cuántico es una cosa curiosa, como acabamos de ver. Parece que
la realidad huye de la nada y siempre manifiesta algo, incluso en el
vacío. Podemos despojar la espacio de toda materia y, sin embargo,
contendrá todo tipo da partículas virtuales que le dotaran de sus
propiedades. Incluso si consideramos uuna teoría cuántica de la gravedad
se puede concebir un vacío en el que no haya ni espacio ni tiempo y que
se pueda generarlos mediante algún mecanismo en un Big Bang. La idea de
la nada, o más bien de vacío, evoluciona según vamos adquiriendo
conocimientos.
El gran problema de las cuerdas es la gran cantidad de estados de vacío (vacua) que proponen (unos 10
500), por lo que su capacidad de predicción es casi nula.
Nuestro universo puede estar en un determinado estado de vacío que posea
una determinada energía potencial. El asunto de la energía potencial es
un asunto curioso, pues siempre es relativa y puede no tener fondo. De
este modo, el Universo puede pasar de un estado de vacío a otro en el
que la energía potencial sea más baja. Se han propuesto este tipo de
transiciones para explicar la inflación e incluso una suerte de procesos
de inflación que se dan eternamente.
Lo ideal es que un universo caiga a un estado de energía potencial que
sea un mínimo local. En ese caso ese universo será estable, a no ser que
consiga suficiente energía como para saltar la barrera de energía
potencial y que se deslice hasta otro mínimo. En el caso de haber un
mínimo absoluto ya no habría más transiciones de este tipo.
Ahora que parece que ya tenemos confirmado al Higgs (o al menos a uno de
ellos) se puede especular sobre cómo afecta al asunto de los estados de
energía potencial del Universo.
Joseph Lykken, del Fermilab National Accelerator Laboratory, dice que si
usamos la Física conocida para realizar cálculos, el resultado es que
el Universo en el que vivimos es inherentemente inestable.
Según Lykken el vacío en el que se asienta nuestro Universo podría no
corresponder a un mínimo, al fondo de un valle de esa energía potencial.
Si fuera al contrario, el valor del potencial de Higgs estaría en el
punto más bajo de ese valle de energía.
La forma del potencial de Higgs viene determinada por la masa del Higgs.
Matthew Strassler (Rutgers University) dice que los 126 GeV/c
2
del Higgs recientemente descubierto implican que el Universo no está en
un estado tal que ocupe el punto más bajo posible de energía, sino en
un lugar inusual: un mínimo local. El valle de energía en el que se
encontraría estaría a una altura mayor que el valle adyacente y separado
de él por una colina (barrera de energía). Si de algún modo el Universo
se las apañara para cruzar esa barrera de energía entonces caería hacia
ese otro valle y se liberaría mucha energía.
En Mecánica clásica esto no supone ningún problema, pues se necesitaría
energía que no hay para subir esa barrera de energía y el Universo
estaría a salvo. Pero en Mecánica Cuántica existe lo que se llama el
“efecto túnel”. Según este efecto (medible fácilmente en el laboratorio)
existe una probabilidad no nula de que una partícula cruce ese tipo de
barrera de potencial. Esa probabilidad será mayor cuando más estrecha y
baja sea la barrera. Si se espera el tiempo suficiente al final siempre
terminará cruzando. El proceso es básicamente aleatorio e impredecible.
Pero al igual que una partícula solitaria en el laboratorio el Universo
en su conjunto podría cruzar la barrera de potencial que el separa del
estado de vacío vecino con una energía potencial más baja, así que
podemos decir que el Universo podría ser meta-estable.
Si eso ocurriera las consecuencias serían catastróficas y toda la vida del Universo desaparecería.
Puede ocurrir mañana mismo, al tratarse de un proceso aleatorio, pero
los cálculos realizados indican que en promedio habría que esperar mucho
más tiempo que la edad actual del Universo.
Esto también proporciona escenarios en los que el Universo se “reinicia”
y se rellena de nuevo de materia-energía. Así por ejemplo, se han
propuesto un modelo en el que un universo cíclico alteraría fases de
contracción y expansión que sería consistente con esa meta-estabilidad
sugerida con la observada masa del Higgs.
Pero todo depende de lo que no sabemos. En los cálculos sólo se tiene en
cuenta lo conocido. Si aparecen otros Higgs el panorama puede cambiar y
el Universo puede resultar más estable. Además puede que dicha
estabilidad dependa de otras partículas como el quark top, con sus 180
GeV/c
2 de masa. Algunos físicos sugieren que finalmente el
Universo podría ser totalmente estable y descansar en un buen mínimo de
energía.
O puede que todo dependa del tiempo que transcurra. Quizás en trillones
de años, cuando esté disuelto en la nada, el Universo tenga una segunda
oportunidad y vuelva a florecer a través de una transición de este tipo.
Mientras tanto no hay que preocuparse por un posible cataclismo
universal.
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Fuentes y referencias:
Nota en Scientific American.
