Situaci´ on actual

5.5.

Situaci´on actual

Como se dijo en la secci´on 5.3.3, una de las primeras confirmaciones del modelo de la BBN fue encontrar un rango de η para el que fueran compatibles las observaciones de las abundancias primordiales, sobre todo las del D y del

4_{He. A partir de las figuras 5.3 y 5.4, se puede ver que este rango para la}

densidad de bariones se encuentra alrededor de η10 ' 2, si se toma (5.4.22)

como rango permitido por las observaciones para el deuterio.

No obstante, las observaciones para el deuterio han mejorado considerable- mente en los ´ultimos a˜nos, resolviendo la dicotom´ıa entre D/Hly D/Hh, dando (5.4.23) como rango permitido. Con estos nuevos valores, vemos que desaparece el rango de η compatible con las observaciones de deuterio y de4_He.

Esta discrepancia se agrava con las medidas del fondo de radiaci´on. El experimento WMAP da un valor

η = (6,13 ± 0,25) × 10−10 _(5.5.25)

Esta predicci´on ser´ıa para el momento de recombinaci´on, es decir, 300.000 a˜nos despu´es de la etapa de la BBN. De todas formas, si durante este intervalo de tiempo la entrop´ıa por volumen com´ovil se ha conservado, el valor de η tiene que haberse mantenido constante, pudiendo s´olo haber disminuido en el caso de creaci´on de entrop´ıa. As´ı, complementando la figura 5.4 con el nuevo rango (5.4.23) para el deuterio, vemos que los valores de η (5.5.25) concuerdan de for- ma espectacular con las nuevas medidas del deuterio. Este acuerdo representa una confirmaci´on sin precedentes de la teor´ıa del Big Bang. Dos experimentos independientes, que analizan momentos muy distintos de la historia del univer- so, miden el mismo par´ametro utilizando la misma teor´ıa y llegan a la misma conclusi´on.

Esta impresionante corroboraci´on reafirma las medidas del deuterio, por lo que la discrepancia parece apuntar a un problema en el 4_{He. B´asicamente el}

problema consiste en que, para el rango de η permitido por el deuterio y las medidas de WMAP, la predicci´on de4_{He es m´as alta que lo permitido por las}

sean incorrectas, dando valores demasiado altos, o bien que las observaciones no se hagan correctamente y que el 4He medido sea inferior al real.

Por esta raz´on, las soluciones pueden venir de distintas direcciones. Quiz´as surja nueva f´ısica que haga variar las predicciones de las abundancias primor- diales, disminuyendo el valor de YP predicho, o bien sea necesario interpretar

mejor las medidas de 4_He.

En este ´ultimo a˜no han aparecido infinidad de trabajos que tratan de solu- cionar esta crisis, sin llegar a ning´un acuerdo un´anime. Algunos de ellos [88,89] proponen un planteamiento inverso que ser´ıa utilizar las medidas de WMAP y del deuterio para encontrar un rango fiable de la densidad de bariones. Con este rango se podr´ıa hacer una predicci´on de YP, que se tomar´ıa como la co-

rrecta. La comparaci´on de esta concentraci´on de4_{He con las observaciones, nos}

llevar´ıa a una mejor comprensi´on de la astrof´ısica del4_{He, como la evoluci´on}

estelar, los rayos c´osmicos, etc...

Hay trabajos [90] que plantean un an´alisis de los errores sistem´aticos que afectan a las medidas del4_{He, pues seg´un ellos nunca han sido bien analizados.}

Reestudiando estos errores y utilizando rangos muy conservadores se consigue encontrar rangos compatibles para el deuterio y el4_He.

Por otro lado hay una serie de trabajos en los que se propone nueva f´ısica para resolver el problema. Hay que se˜nalar que cualquier tipo de nueva f´ısica introduce nuevos par´ametros que generalmente se pueden ajustar para hacer cuadrar las medidas de 4_{He y deuterio. Por ejemplo, en [91] se introduce un}

potencial qu´ımico para los neutrinos y se modifica el ritmo de expansi´on del universo. En [92] hacen variar el valor de la constante αem y el ritmo de ex-

pansi´on, simult´aneamente. Los mismos autores, en [93] proponen un escenario basado en las teor´ıas de Qballs, en las que hay producci´on de bariones despu´es de la BBN y una asimetr´ıa en los leptones antes de la BBN. En [94] se propone una soluci´on en la que bosones y fermiones se acoplar´ıan de forma distinta al campo gravitatorio. En [95] se usan nuevas medidas [96] de la vida media del neutr´on. El nuevo valor de τnes m´as peque˜no y esto implica valores de YP m´as

5.5 Situaci´on actual 83 En el cap´ıtulo 8 de esta tesis se presenta un trabajo en el que se estudia la posibilidad de que la materia se acople a la gravedad de forma distinta que la antimateria. En nuestro estudio se utilizan las restricciones que presenta la BBN para esta posibilidad, con la intenci´on de acotar esta asimetr´ıa. De todas formas, tambi´en se comenta que esta hip´otesis presenta un grado de libertad que permite encontrar un rango de η compatible para las medidas de deuterio y de4_He.

Rotura de simetr´ıas

globales: el axi´on

6.1.

Rotura espont´anea de una simetr´ıa global

Uno de los aspectos cruciales en las teor´ıas cu´anticas de campos son las simetr´ıas que posee el lagrangiano que describe el sistema. Partiendo de estas simetr´ıas se puede construir la teor´ıa y describir las interacciones que hay entre las part´ıculas que forman el espectro del sistema. Estas simetr´ıas, cuando son exactas, dan lugar a leyes de conservaci´on, como por ejemplo la conservaci´on de la carga el´ectrica.

No obstante, estas simetr´ıas no son siempre evidentes y sus correspondientes leyes de conservaci´on pueden permanecer ocultas. Esto es debido a que el estado fundamental que describe el sistema puede no respetar las simetr´ıas que posee el lagrangiano. El vac´ıo sobre el que se construyen los estados que describen un sistema es el estado de m´ınima energ´ıa, es decir, aquel que minimiza el potencial. Este estado no tiene por qu´e cumplir las mismas simetr´ıas definidas

86 Rotura de simetr´ıas globales: el axi´on