Campos Cuánticos en Espacios Curvos

La interfase entre gravedad y teoría cuántica.

Presentación

 

La década de los sesenta fue especialmente fructífera en física fundamental. El descubrimiento del mecanismo de Higgs condujo a la formulación de la teoría electrodébil, dando lugar, una década después, al establecimiento del Modelo Estándar de las partículas elementales.

La teoría de la Relatividad General de Einstein viene con unas herramientas matemáticas que nos permiten entender el universo como un objeto geométrico que se puede expandir o contraer, según su composición, e incluso puede crear regiones de las que nada puede escapar: los agujeros negros.

A medidos de los sesenta Leonard Parker descubre otro mecanismo fundamental en física: un universo en expansión crea espontáneamente todo tipo de partículas elementales. Para ello hace uso de la teoría cuántica de campos, base teórica que sustenta el Modelo Estándar de partículas, y de la relatividad general, mostrando por primera vez que la presencia de gravedad (el espacio-tiempo curvado) tiene consecuencias cruciales. En los setenta S. Hawking aplica estas ideas a agujeros negros y descubre que éstos deberían evaporarse.

Estos dos impresionantes resultados teóricos, en la interfase entre la teoría cuántica de campos y la relatividad general, son el germen del campo de investigación que se denomina {\it teoría cuántica de campos en espacios curvos}. Su impacto en el estudio del cosmos es enorme, y puede ser usado para explicar cómo se genera la estructura a gran escala del universo y las anisotropías observadas del fondo cósmico de microondas. Otra predicción especialmente destacable, a la espera de confirmación experimental, es la producción cuántica de gravitones (ondas gravitatorias) por la expansión del universo.

El marco teórico de la teoría de campos en espaciotiempo curvo da soporte a otras áreas de investigación que se han desarrollado con posterioridad, ya que predice también que las ecuaciones de Einstein clásicas deben tener necesariamente correcciones o modificaciones muy significativas en escenarios de gravedad extrema, como en las proximidades de agujeros negros. Constituye también el primer paso serio hacia la gravedad cuántica y ofrece gran consistencia a los modelos de agujeros negros acústicos, testeados en los últimos años en laboratorios terrestres.

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