Mundos fuertemente mezclados: la inflación como colisionador cósmico ✛ ✦

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa — la inflación—, que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta escalas que hoy vemos en la radiación de fondo de microondas. Esta «radiografía» cósmica no solo contiene oscilaciones acústicas bariónicas, sino efectos más sutiles: la no gaussianidad que rompe la estadística gaussiana simple de las perturbaciones primordiales. Es aquí, en las correlaciones de tres puntos, como una imagen latente en una placa fotográfica velada, donde se adivinan las siluetas de las partículas nacidas en aquella época.

Hasta ahora, los teóricos, siguiendo los trabajos de Alan Guth y Andrei Linde, consideraban escenarios sencillos de un solo campo o interacciones débiles con campos adicionales. Pero una teoría completa debe incluir nuevos grados de libertad: candidatos a partículas de materia oscura, compañeros supersimétricos o mediadores de fuerzas más allá del Modelo Estándar. Estos inevitablemente se mezclan con el inflatón, y esa mezcla puede ser no un susurro débil, sino algo tan fuerte como la danza de dos remolinos galácticos que se fusionan en uno.

Precisamente ese caso se logró desentrañar en el nuevo trabajo. Los autores construyeron soluciones exactas para un sistema de dos campos cuánticos, donde el parámetro de mezcla λ no se considera pequeño. En lugar de aproximaciones, «vistieron» los propagadores con modos exactos —como un traje a medida que sigue cada curva—, sumando los efectos de la mezcla hasta orden infinito. Es como si en vez de añadir correcciones perturbativas una a una, consideráramos de golpe toda la escalera infinita de interacciones, transformando la cacofonía en una señal cristalina.

Pero lo más inesperado es la estructura frecuencial de la señal. En el análisis perturbativo aparece una masa efectiva que depende de una combinación de parámetros, mientras que la solución exacta muestra que las oscilaciones del biespectro en el límite comprimido están determinadas directamente por la masa desnuda del campo entrópico μ. El efecto recuerda la diferencia entre adivinar el crecimiento de un árbol por la sombra en la pared y medir directamente sus anillos: de repente escuchamos no un zumbido promedio, sino notas puras, cada una portando información sobre las masas fundamentales.

Estos resultados llevan la física de la inflación a un nuevo nivel analítico. Ahora se pueden escanear masas y constantes de acoplamiento de las partículas de la época de inflación a partir de datos observacionales, sin temor a artefactos de la expansión perturbativa. Más aún, se abre el camino para explicar el enigma de los agujeros negros primordiales, pues las inhomogeneidades gigantes colapsan naturalmente bajo su propia gravedad. Si la materia oscura consiste en esos agujeros negros, quizá tengamos la llave para desvelar su naturaleza: una llave forjada con las matemáticas de las soluciones exactas.

En el horizonte están la inclusión de la mezcla dependiente del tiempo, el cálculo de funciones de cuatro puntos y las correcciones de lazo. El trabajo también tiende puentes hacia el método del bootstrap cosmológico propuesto por Juan Maldacena, donde los correladores se construyen a partir de simetrías sin cálculos dinámicos. El operador de «vestido» hipergeométrico aparece como una pieza lista para un nuevo kit de construcción bootstrap, como si el universo mismo se armara con bloques matemáticos que obedecen las reglas de las simetrías de de Sitter.