El universo en una trampa de gas: cómo distinguir la inflación del rebote ✛ ✎
En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. Pero quizás, antes de eso, se contrajo y luego rebotó. Ambos escenarios dejan una huella casi idéntica en la radiación cósmica de fondo, y los cosmólogos llevan décadas debatiendo cuál es el correcto. Para diferenciarlos, sería necesaria la física a escalas ultrapequeñas, la escala de Planck, inaccesible a los experimentos directos. Sin embargo, un grupo de físicos ha propuesto una vía alternativa: recrear el universo temprano en el laboratorio, dentro de una nube de gas ultrafrío.
La idea clave es utilizar, no las interacciones de contacto habituales entre átomos, sino las fuerzas dipolo-dipolo que surgen entre sus momentos magnéticos. Estas fuerzas pueden ajustarse con precisión mediante un campo magnético (resonancia de Feshbach). Si el gas se comprime en una capa delgada, sus oscilaciones colectivas se vuelven similares a las perturbaciones del espacio-tiempo en el universo temprano. Además, la compresión anisotrópica (diferente en las direcciones longitudinal y transversal) genera una corrección no adiabática que rompe la dualidad entre inflación y rebote. Antes se pensaba que estos dos escenarios producían el mismo espectro de perturbaciones; ahora se ha descubierto que, durante la contracción, a bajos momentos, aparece una pendiente notable en el espectro.
Este hallazgo significa que un simulador cuántico de laboratorio puede proporcionar un criterio inaccesible para las observaciones astronómicas. Si en un experimento con gas frío se logra medir el espectro de fluctuaciones de densidad en la fase de contracción y se observa la pendiente roja, esto se convertirá en un fuerte argumento a favor del modelo de rebote. Además, este enfoque permite probar las predicciones de la gravedad cuántica sin alcanzar energías de Planck: los rastros de la física de altas energías se manifiestan a grandes escalas a través de la pendiente del espectro.
La implementación experimental es posible hoy mismo con condensados de disprosio o erbio. Basta con ajustar la interacción de contacto mediante la resonancia de Feshbach para que la fuerza dipolar relativa se acerque al valor crítico. Entonces, la compresión del gas en la trampa reproducirá la física trans-Planckiana, y podremos ver, literalmente, cómo nació el universo.
El valor crítico R = $R_c$, en el que el espectro se congela, coincide con el límite de estabilidad del gas cuántico volumétrico: $g_c$ = $g_d$. Esto significa que el régimen deseado se alcanza con un simple ajuste de la resonancia de Feshbach, sin condiciones exóticas.
La idea de un universo de laboratorio recuerda al 'universo en un tubo de ensayo' de la ciencia ficción, donde se crean cosmos diminutos para estudiar las leyes fundamentales.