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    Una nueva prueba para investigar el origen de la estructura cósmica

    Las fluctuaciones se producen durante la expansión temprana del universo (inflación) y conducen a fluctuaciones de densidad en el universo, como las variaciones de temperatura que se ven en el fondo cósmico de microondas que se muestra aquí. Una característica de la no Gaussainity primordial es que la variación de temperatura en tres o más puntos del cielo estaría relacionada (correlacionada). La forma precisa de dicha correlación podría distinguir entre el origen clásico o cuántico de la fluctuación durante la inflación. Crédito:Porto &Green.

    Muchos cosmólogos creen que la estructura del universo es el resultado de fluctuaciones cuánticas que ocurrieron durante la expansión temprana. Confirmando esta hipótesis, sin embargo, ha demostrado ser un gran desafío hasta ahora, ya que es difícil discernir entre fluctuaciones primordiales cuánticas y clásicas cuando se analizan los datos cosmológicos existentes.

    Dos investigadores de la Universidad de California y Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY en Alemania han ideado recientemente una prueba basada en la noción de no gaussianidad primordial que podría ayudar a determinar el origen de la estructura cósmica. En su papel publicado en Cartas de revisión física , argumentan que la detección de la no gaussanidad primordial podría ayudar a determinar si los patrones del universo se originaron a partir de fluctuaciones cuánticas o clásicas.

    "Una de las ideas más hermosas de toda la ciencia es que la estructura que observamos en el cosmos resultó de fluctuaciones cuánticas en el universo muy temprano que luego se estiraron por una rápida expansión acelerada, "Rafael Porto, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Este paradigma 'inflacionario' hace muchas predicciones que han sido corroboradas por datos, sin embargo, la naturaleza cuántica de la semilla primordial es extremadamente difícil de demostrar directamente ".

    La principal razón por la que demostrar el origen cuántico de la estructura del universo es tan difícil es que la inflación también podría haber estirado las perturbaciones clásicas. resultando en una distribución de galaxias muy similar. En su papel Porto y su colega Daniel Green introdujeron la idea de que si bien las fluctuaciones cuánticas y clásicas habrían resultado en distribuciones de galaxias similares, algunos patrones particulares diferirían en estructuras de origen cuántico. Por lo tanto, la observación de estos patrones podría permitir a los investigadores probar el origen de la estructura cósmica.

    "Gran parte del formalismo que usamos para estudiar los patrones de las galaxias en el cielo es similar a la forma en que los físicos de partículas estudian los procesos de dispersión en los colisionadores, Porto explicó. En cosmología hablamos de 'correlaciones, 'mientras que en física de partículas hablamos de' amplitudes, 'pero hay mucho en común entre los dos. Usando algunos principios físicos básicos y simetrías, demostramos que los mecanismos clásicos habrían producido una gran cantidad de partículas y, como resultado, una firma muy específica en el patrón de las galaxias, como 'golpes' en los datos del colisionador ".

    Porto y Green demostraron que una firma cosmológica que se asemeja a la presencia de "protuberancias" en los datos del colisionador puede indicar que la estructura del universo se originó a partir de fluctuaciones clásicas. Por otra parte, la ausencia de estos "golpes" sugeriría que las fluctuaciones cuánticas de punto cero fueron los agentes clave detrás de la formación de la estructura cósmica.

    "La gente ha intentado encontrar una firma para el origen cuántico de la estructura antes y descubrió que el efecto se suprime en 115 órdenes de magnitud, eso es un 0.…. 115 veces ... 1 efecto, Porto añadió. "Hemos demostrado que, si bien esto es difícil de observar debido a la contaminación de otras fuentes durante el proceso de formación de la estructura, si hay una señal primordial en absoluto, el efecto de las perturbaciones clásicas es de orden 1. Esto significa que hemos logrado una mejora de 115 órdenes de magnitud con respecto a propuestas anteriores ".

    En décadas recientes, Los cosmólogos que investigan el origen de la estructura del universo han estado buscando principalmente la denominada polarización 'modo B' en el fondo cósmico de microondas (CMB), ya que esta polarización podría ser un producto de los efectos gravitacionales cuánticos primordiales durante la inflación. En lugar de buscar la polarización del 'modo B' como un indicador de los efectos gravitacionales cuánticos, Porto y Green dieron la vuelta al problema y encontraron que otro patrón, conocida como "configuración plegada para las funciones de correlación, "lleva la semilla de las fluctuaciones clásicas.

    "Hay una larga historia de personas que prueban la mecánica cuántica en el laboratorio utilizando algo llamado las desigualdades de Bell, "Green le dijo a Phys.org." La idea esencial es que, si tienes un sistema cuántico, hay ciertos tipos de medidas que puede hacer que expondrán la verdadera naturaleza mecánica cuántica del estado. El desafío en cosmología es que (1) el universo que observamos es básicamente clásico y (2) no podemos realizar 'experimentos, 'ya que no podemos manipular el estado del universo. La novedad de nuestro trabajo es que mostramos que aún se puede decir que provino de un estado mecánico cuántico en un pasado lejano, a pesar de estos grandes obstáculos ".

    El reciente estudio de Porto y Green introduce un nuevo método para probar la hipótesis de que la estructura del universo es de naturaleza cuántica. Esencialmente, los investigadores teorizan que si uno no puede observar un 'golpe' en la así llamada configuración plegada de funciones de correlación no gaussianas, la estructura del universo se habría originado a partir de fluctuaciones del cero cuántico, como en la física clásica, el vacío está vacío.

    La prueba de fuego introducida en su artículo difiere mucho de las pruebas de mecánica cuántica propuestas anteriormente y, por lo tanto, evita muchos de los problemas asociados con estas pruebas. En su trabajo futuro, Porto y Green planean investigar si su prueba también podría aplicarse a experimentos de laboratorio en sistemas cuánticos.

    "Dan y yo ahora también estamos pensando en cómo las ideas de información cuántica pueden identificar aún más la naturaleza de la semilla primordial y, en términos más prácticos, también ayudarnos a proporcionar un algoritmo más rápido para simular la evolución del universo". tal vez como lo harán las computadoras cuánticas algún día, "Dijo Porto.

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