Este superfluido de helio muestra por primera vez cómo fue el inicio del Universo

Representación de los vectores de espín del helio líquido a medida que forman vórtices cuánticos. /Estudios ella maru

Una forma especial de helio, dentro de un cilindro de metal y bajo una intensa presión, nos acerca a a respuesta de una de las preguntas más antiguas: ¿Cómo surgió el universo? Físicos del Laboratorio de Baja Temperatura de la Universidad de Aalto (Suecia) han recreado en el laboratorio unas estructuras cuánticas mediante un superfluido, que ofrecen por primera vez una manera de estudiar de cerca posibles escenarios de enfriamiento del universo tras el Big Bang.

Según el trabajo, publicado en Nature Communications, los investigadores han logrado documentar la teoría predicha hace 40 años de "paredes unidas por cuerdas" en un superfluido helio-3, un elemento que se encuentra en el núcleo de nuestro planeta y en las extensiones del espacio exterior. Tiene propiedades especiales, especialmente cuando se enfría a una temperatura dos millones de veces más pequeña que la de cualquier habitación normal: se convierte en un material superfluido con una viscosidad esencialmente cero, lo que significa que debe fluir para siempre sin perder energía. 

Pero aunque se comporta de manera extraña en términos terrestres, los autores afirman que el helio-3 en realidad comparte mucho en común con las partículas elementales que se formaron después del Big Bang, la expansión inicial del universo. Además, refleja la estructura del espacio vacío, lo que los científicos llaman el vacío cuántico. "El helio-3 nos cuenta los cimientos de nuestro mundo, por qué el universo está construido de la manera en que lo está", dice Grigori Volovik, profesor emérito de la Universidad de Aalto.

Paredes unidas por cuerdas

El estudio afirma que se pueden usar fases superfluidas del isótopo helio-3 para estudiar efectos como vórtices semimánticos: remolinos en el superfluido donde la cantidad de flujo de helio está estrictamente controlada por las reglas de la física cuántica. "Inicialmente pensamos que los vórtices semánticos desaparecerían cuando bajáramos la temperatura. Pero resulta que realmente sobreviven cuando la muestra de helio-3 se enfría por debajo de medio milikelvin, en lugar de eso aparece una pared no topológica", explica Jere Mäkinen, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en la Universidad de Aalto. Al contrario que las paredes físicas, que podrían bloquear el flujo, las paredes no topológicas alteran las propiedades magnéticas del helio. Los investigadores pudieron detectar los cambios mediante la resonancia magnética nuclear.

En los primeros microsegundos después del Big Bang, algunos cosmólogos creen que todo el universo experimentó transiciones de fase de ruptura de simetría, como un superfluido dentro de un volumen nanoestructurado a medida que se enfría. La teoría dice que las fluctuaciones cuánticas o los defectos topológicos, como las paredes de dominio y los vórtices cuánticos, se congelaron en el universo ultra condensado a medida que el universo se expandía. Con el tiempo, estas fluctuaciones congeladas se convirtieron en las galaxias que vemos y vivimos hoy.

Con el tiempo suficiente, alrededor de 2 billones de años, la teoría dice que el universo debería alcanzar un estado en el que la energía se distribuya por igual, una etapa en la que no podría existir vida. "Ser capaces de crear estos objetos en el laboratorio puede permitirnos comprender más sobre el universo y por qué se formó de la forma en que lo hizo", concluyen los investigadores. 

Nuestro universo podría ser la imagen reflejada de un universo de antimateria que se extiende hacia atrás en el tiempo antes del Big Bang. Esto es lo que afirman unos físicos en Canadá, que han ideado un nuevo modelo cosmológico que postula la existencia de un "antiuniverso" que, junto con el nuestro, conserva una regla fundamental de la física llamada simetría CPT. Esta teoría, dicen, explica naturalmente la existencia de la materia oscura.

Beatriz de Vera
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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