¿Cuál es la relación entre la física de partículas y la cosmología?
Existe una relación íntima entre los campos de la física de partículas y la cosmología, que ha sido ejemplificada por una larga línea de físicos que trabajan simultáneamente: Albert Einstein, Stephen Hawking, Kip Thorne y muchos otros. La cosmología es el estudio del universo y su estructura, mientras que la física de partículas es el estudio de partículas fundamentales como quarks y fotones, los objetos más pequeños conocidos. Aunque al principio pueden parecer tan desconectados como cualquier cosa que pueda estar, la cosmología y la física de partículas están de hecho estrechamente vinculadas.
A diferencia de los sistemas complejos en la Tierra, que se describen mucho usando explicaciones de nivel superior en lugar de propiedades que surgen de los niveles más bajos, los fenómenos intergalácticos y cosmológicos son comparativamente más simples. Por ejemplo, en las grandes distancias del espacio, solo una de las cuatro fuerzas de la naturaleza tiene alguna influencia real: la gravedad. Aunque las estrellas y las galaxias están muy lejos y muchas veces más grandes que nosotros mismos, tenemos una P notablemente precisaictice de cómo funcionan, derivados de las leyes físicas fundamentales que dirigen sus partículas constituyentes.
El dominio de la cosmología más estrechamente conectado con la física de partículas es el estudio del Big Bang, la explosión gigantesca que creó toda la materia en el universo y el espacio -tiempo del cual se compone el universo mismo. El Big Bang comenzó como un punto de densidad casi infinita y volumen cero: una singularidad. Luego, se expandió rápidamente al tamaño de un núcleo atómico, que es donde entra en juego la física de partículas. Para comprender cómo los primeros momentos del Big Bang influyeron en el universo tal como es hoy, debemos usar lo que sabemos sobre la física de partículas para crear modelos cosmológicos plausibles.
Una de las motivaciones para crear aceleradores de partículas cada vez más potentes es realizar experimentos que simulen las circunstancias físicas lo antes posible en el histoRy del universo, cuando todo estaba muy compacto y caliente. Los cosmólogos deben verse bien versados en física de partículas para hacer contribuciones significativas al campo.
Otra clave para comprender la relación entre la física de partículas y la cosmología es observar el estudio de los agujeros negros. Las propiedades físicas de los agujeros negros son relevantes para el futuro a largo plazo del cosmos. Los agujeros negros son estrellas colapsadas con una gravedad tan inmensa que ni siquiera la luz puede escapar de su alcance. Durante un tiempo, se pensó que los agujeros negros no emitieron radiación, y habrían sido eternas, una paradoja para los físicos. Pero Stephen Hawking teorizó, basado en ideas de la física de partículas, que los agujeros negros realmente emiten radiación, que posteriormente se llamó la radiación de Hawking.
La física de las partículas también es muy relevante en las investigaciones de la materia oscura, materia invisible cuya existencia se conoce debido a su influencia gravitacional en la materia visible y una energía oscura, un misterioso paraCE que impregna el universo y hace que su expansión acelere. Estas son preguntas centrales en la cosmología moderna.