Sopa de Quarks SubDespués de la inflación, el
Universo era una sopa de partículas fundamentales llamadas
quarks, gluones, leptones y fotones, todas chocando entre
sí a enormes velocidades transformándose
continuamente unas en otras.
Sopa de Quarks A medida que descendia la temperatura los quarks
se unieron entre sí para formar los primeros bariones y
antibariones, que eran principalmente protones, neutrones y sus
antipartículas.
Sopa de Quarks Con el descenso de la temperatura, la antimateria
iba desapareciendo pues se aniquilaba con su partícula
correspondiente. Luego de esto quedó un pequeño
excedente de materia . Todo lo que vemos en el Universo
actualmente está hecho de ese excedente.
Sopa de Quarks Se calcula que por cada partícula de
materia que sobrevivió hasta ahora se aniquilaron unas
100,000,000 de partículas y antipartículas. Todo
esto sucedió antes de un segundo de existencia. Luego de
esto los constituyente principales del Universo fueron: protones,
neutrones, electrones, neutrinos, antineutrinos y fotones.
Durante el BIG-BANG las reacciones nucleares convirtieron el 20%
del hidrógeno en helio, y las primeras estrellas se
formaron por mezcla de 80% de hidrógeno con 20% de helio.
El resto de la materia del Universo incluyendo átomos
más pesados, carbono y oxígeno, fue consecuencia de
reacciones nucleares posteriores.
Formación de Helio Los protones y neutrones chocaban entre
sí formando un núcleo de deuterio. Este a su vez
chocaba con otros protones y neutrones formando después de
varias reacciones nucleares, los núcleos de Helio.
Formación de Helio Esto ocurre a tres minutos de
existencia del Universo cuando la temperatura alcanza los
100,000,000 grados Kelvin. Estos núcleos no volvieron a
destruirse y fijaron la composición química
posterior del Universo, a saber de aproximadamente un 75% de
Hidrógeno, un 25% de Helio y apenas una traza de otros
elementos. Los otros elementos químicos se formaron en el
interior de las estrellas y se diseminaron posteriormente por el
espacio cósmico.
(Gp:) E t a p a s d e l a E v o l
u c i ó n (Gp:) Big Bang (Gp:) Densidad infinita,
volumen cero. (Gp:) 10-43 segs. (Gp:) Fuerzas no
diferenciadas (Gp:) 10-34 segs. (Gp:) Sopa de
partículas elementales (Gp:) 10-10 segs. (Gp:) Se
forman protones y neutrones (Gp:) 1 seg. (Gp:)
10.000.000.000 º. Tamaño Sol (Gp:) 3 minutos
(Gp:) 1.000.000.000 º. Nucleos (Gp:) 30 minutos (Gp:)
300.000.000 º. Plasma (Gp:) 300.000 años (Gp:)
Átomos. Universo transparente (Gp:) 106 años
(Gp:) Gérmenes de galaxias (Gp:) 108 años
(Gp:) Primeras galaxias (Gp:) 109 años (Gp:)
Estrellas. El resto, se enfría. (Gp:) 5×109
años (Gp:) Formación de la Vía Láctea
(Gp:) 1010 años (Gp:) Sistema Solar y Tierra (Gp:)
(Gp:)
EVIDENCIA EXPERIMENTAL DEL BIG BANG ¿ Cómo sabemos
que la teoría del Big Bang es correcta? Una buena
teoría debe hacer predicciones. Cuando las predicciones se
pueden comprobar experimentalmente la teoría gana peso.
Veamos la evidencia:
Tabla de consistencia del Big Bang. Se enumeran las predicciones
de la teoría y los hechos que se deberían cumplir
para que la teoría sea auto-consistente. Al lado se anota
la evidencia experimental correspondiente. Bajo la columna de
probabilidad (prob) se le asigna a cada predicción un
puntaje que básicamente designa la probabilidad de que la
predicción haya quedado probada. Este puntaje no es
riguroso, es propuesto por el autor y se basa solamente en su
experiencia en el tema y por lo que se refleja en trabajos de
otros investigadores del tema.
(Gp:) Predicción (Gp:) Confirmación (Gp:) Prob
(Gp:) 1. Expansión del espacio por A. Friedmann en 1922 y
G. Lemaître en 1930 (Gp:) Observada por E. Hubble en 1929
demostrando la relación entre velocidad y distancia de
galaxias lejanas. La velocidad de expansión determinada
por el Telescopio Espacial Hubble y consistente con el valor
medido por WMAP es de 22 Km/seg por cada millón de
años-luz de distancia. (Gp:) 100
(Gp:) 2. Edad finita del universo por A. Friedmann en 1922 y G.
Lemaître en 1930 (Gp:) 13.700 millones de años con
un error del 1%, medida por WMAP y consistente con las edades de
las estrellas más viejas y las mediciones de la edad del
universo realizadas por el Telescopio Espacial Hubble (Gp:)
100
(Gp:) 3. El universo es más caliente y denso en el pasado.
G. Gamow, 1946. (Gp:) La temperatura de la RCF aumenta a medida
que se observa más lejanamente. Mediciones de espectros de
nubes de gas intergalácticas revelan una temperatura de la
RCF creciente con la distancia. (Gp:) 100 (Gp:) 4.
Composición de elementos primordiales por G. Gamow en 1946
(Gp:) 75% hidrógeno, 25% helio y una pequeña
fracción de deuterio (ver siguiente punto) y litio medidos
en espectros estelares (Gp:) 95
(Gp:) 5. Presencia de deuterio en el universo (Gp:) Observando
líneas de absorción de la luz de quasars lejanos
por gas intergaláctico se ha determinado una abundancia
universal de deuterio de 2×10-4 relativa al hidrógeno. El
deuterio no puede originarse en las estrellas, el Big Bang es el
único mecanismo existente para crear este deuterio. (Gp:)
90 (Gp:) 6. Radiación
Cósmica de Fondo (RCF) por G. Gamow, R. Alpher y R. Herman
en 1948 y R. Dicke y J. Peebles en 1965. (Gp:)
Detectada por A. Penzias y R. Wilson en 1964. Firmemente
establecido su origen cosmológico y estudiada en gran
detalle por decenas de experimentos en tierra, globos y
plataformas satelitales. (Gp:) 100
(Gp:) 7. Espectro térmico de la RCF por G. Gamow, R.
Alpher y R. Herman en 1948 (Gp:) Distribución espectral de
cuerpo negro con desviaciones no mayores que 0.01% y con
temperatura de 2,725 ± 0,002 Kelvin medido por los
proyectos COBE y COBRA en 1990. (Gp:) 100 (Gp:) 8.
Anisotropías en la RCF a escalas mayores que 1 grado.
Sachs y Wolfe 1967. (Gp:) Detectadas por el proyecto COBE en 1992
con una amplitud característica ?T/T = 10-5. (Gp:)
90
(Gp:) 9. Ondas acústicas en el plasma primordial, por R.
A. Sunyaev y Y. B. Zeldovich en 1970. (Gp:) Detectadas por el
experimento Boomerang en el 2000 y confirmada por WMAP y decenas
más de experimentos observando desde la tierra y montados
en globos. (Gp:) 90 (Gp:) 10. Polarización de la RCF (Gp:)
Detectada por el experimento DASI en el 2002 (Gp:) 60 (Gp:) 11.
Anti-correlación de la temperatura y la
polarización de la RCF (Gp:) Detectada por WMAP en el 2003
(Gp:) 70
(Gp:) 12. Coherencia de la polarización de la RCF a
escalas angulares > 1° (Gp:) Observada por WMAP en el 2003
(Gp:) 60 (Gp:) 13. Interacción de la RCF con nubes de gas
en cúmulos galácticos. R. A. Sunyaev y Y. B.
Zeldovich en 1969. (Gp:) Observado por Birkinshaw et. al. 1981
midiendo deformaciones del espectro de la RCF en direcciones de
cúmulos conocidos. (Gp:) 70
(Gp:) 14. Formación de estructura a gran
escala a partir de inhomogeneidades en densidad del plasma
primordial, estudiada por E. Lifshitz en 1946, y J. Silk en 1967.
(Gp:) La concentración de materia en galaxias y
cúmulos de galaxias ha sido medida por medio de
observaciones profundas del cielo. Estas mediciones son
compatibles con la amplitud de las perturbaciones en el plasma a
una edad de 380 mil años, según se infieren de las
mediciones de anisotropías en la RCF. (Gp:)
80 (Gp:) 15. Número de familias de neutrinos por G.
Steigman, D. Schram y J. Gunn en 1977 (Gp:) Solo 3 familias.
Confirmado por experimentos en el acelerador de partículas
del CERN midiendo la vida media del bosón intermedio Z0 y
consistente con la nucleosintesis en el Big Bang (ver puntos 4 y
5). (Gp:) 80
(Gp:) 16. El universo es finito (H. Olbers, 1823) (Gp:) La noche
es oscura. El universo no pede ser infinito en extensión,
de lo contrario en cualquier dirección de
observación del cielo nos encontraríamos con una
estrella y la noche seria tan brillante como el día. (Gp:)
90 (Gp:) 17. Debe existir materia oscura no bariónica.
(Gp:) Al momento no ha habido detección exitosa de materia
oscura no bariónica que satisfaga los requerimientos de la
teoría. Los neutrinos quedan descartados por ser
relativistas y tener una masa muy pequeña. La única
evidencia favorable viene de la dinámica de galaxias y
cúmulos galácticos. (Gp:) 40
(Gp:) 18. Debe existir un fondo cosmológico de neutrinos
(Gp:) Aún no detectado debido a la insuficiente
sensibilidad de los detectores disponibles y a los altos niveles
de ruido producido por rayos cósmicos y radioactividad
natural en el ambiente. (Gp:) 0 (Gp:) 19. Debe existe
un fondo cosmológico de ondas gravitacionales (Gp:)
Aún no detectado, y posiblemente no se podrá
detectar directamente debido a su baja intensidad. Esta
predicción es específica del modelo inflacionario.
(Gp:) 0