Pablo Fernández de Salas – Entre cientIFIC@s

El universo temprano (III): el número efectivo de neutrinos

Cerramos la serie con un parámetro de gran importancia para la cosmología moderna, el número efectivo de neutrinos. Este parámetro mide la contribución a la radiación que hubo en el universo temprano que no procede de los fotones.

El número efectivo de neutrinos (representado matemáticamente como N_eff) se trata de un parámetro cosmológico, lo cual quiere decir que su valor nos indica cierta propiedad del Universo. En concreto, el número efectivo de neutrinos mide la contribución a la radiación que hubo en el universo temprano que no procede de los fotones, las partículas de la luz. En esta entrada veremos cómo se relaciona este parámetro con los conceptos que explicamos en las dos entradas anteriores sobre el universo temprano: el desacoplamiento de los neutrinos y la aniquilación de pares electrón-positrón.

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El universo temprano (II): la aniquilación de pares electrón-positrón

Seguimos contando la historia de los primeros instantes del universo, en esta ocasión recordando otro de los grandes acontecimientos que tuvieron lugar en sus primeros momentos: la aniquilación de pares electrón-positrón.

Como vimos en la entrada anterior, el desacoplamiento de los neutrinos coincide con otro fenómeno muy importante durante los primeros compases del Universo: la aniquilación de pares electrón-positrón. En esta entrada vamos a explicar en qué consiste dicho proceso, que posteriormente conectaremos (en una tercera entrada) con el valor de un parámetro cosmológico conocido como número efectivo de neutrinos.

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El universo temprano (I): el desacoplamiento de los neutrinos

Los instantes iniciales tras el Big Bang estuvieron llenos de eventos decisivos para la evolución posterior del Universo. Entre ellos, el desacoplamiento de los neutrinos.

El verdadero principio del Universo es algo que se escapa a nuestro conocimiento. De hecho, poniéndonos filosóficos, podríamos decir que ni siquiera sabemos con certeza si verdaderamente hubo un inicio. Lo que sí podemos asegurar, abusando un poco del lenguaje, es que el universo conocido nace a partir de un estado sumamente denso, sumamente concentrado, que, tras una primera fase de expansión que se supone ultra acelerada, retoma un ritmo de dilatación más calmado pero continuo, hasta llegar finalmente al estado que presenta en la actualidad.

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El modelo cosmológico estándar

El Modelo Cosmológico Estándar constituye uno de los pilares de la física moderna. Gracias a la combinación de la Relatividad General y el Modelo Estándar de la Física de Partículas, es posible acomodar una larga lista de observaciones cosmológicas. Para ello, resulta necesario considerar un universo en expansión en el que encontramos ingredientes tan misteriosos como la materia y energía oscuras.

El hecho de que el Universo actual, tal y como lo observamos, procede de un estado en el que sus componentes estuvieron sometidas a altísimas densidades y temperaturas, está hoy en día contrastado experimentalmente. Para deleite de los físicos, todavía tiene sus retazos por coser, lo que significa que podemos seguir disfrutando, quebrándonos la cabeza en busca de esa teoría que abarque absolutamente todo, sin arrugas ni hilvanados. Pero lo cierto es que, hasta ahora, todos los datos experimentales están en sorprendente acuerdo con el Modelo Cosmológico Estándar, que explica la evolución del Universo desde este estado inimaginablemente concentrado hasta lo que vemos en la actualidad cuando nuestros telescopios apuntan al cielo.

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Partículas elementales, partículas compuestas y partículas virtuales

Fotones, electrones, quarks, neutrinos y el bosón de Higgs. Si compartiéramos en un bar una cerveza con nuestros amigos y por un motivo u otro se hablara de física, las probabilidades de que la conversación decayera del lado de la física de partículas no serían despreciables. Dado el caso, al menos una de estas partículas elementales (o fundamentales) sería mencionada con casi total seguridad. Pero si alguien se atreviera a lanzar una pregunta tan inocente como ¿qué son las partículas elementales? y esta pregunta llegara a los oídos de un físico, descubriríamos que la respuesta encierra más complejidad de lo esperado.

La palabra partícula nos indica que son entidades pequeñas, y como bien sabemos, casi todas las cosas complejas están formadas a partir de otras más simples, por lo que es fácil adivinar que las partículas pueden asociarse para formar estructuras más complejas. Es más, el término elemental hace referencia a que la partícula en cuestión no tiene estructura interna, siendo por lo tanto una de las piezas fundamentales, básicas, que dan forma a los objetos que vagan por el universo. Continuar leyendo “Partículas elementales, partículas compuestas y partículas virtuales”