A horcajadas en el Tiempo

La Inflación y los Campos Escalares
CAMPOS ESCALARES Y VACÏOS CUÄNTICOS
Figura 16.03.01.01.-
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Imagen: Dpto. de artes visuales de la Universidad de Stanford
El concepto de campo, en el marco de la física cuántica, asume una connotación particular. En efecto, la luz, por ejemplo, se describe a
la vez en términos de partículas (fotones) y como un campo vectorial, que corresponde al electromagnético. Cada variedad de partículas del
cosmos (fotones, electrones, neutrinos, quarks, etc.) tiene su campo asociado. Los fotones, las W Y Z y los gluones, de espín unidad, tienen
campos vectorales. Los piones tienen campos escalares. Los electrones, neutrinos quarks, de espín 1/2, tienen campos espinoriales. Estos
campos no están aprisionados a un determinado volumen; ocupan todo el espacio. Están uniformemente distribuidos a lo largo y ancho del
cosmos.
Estamos hablando de campos que, antes del descubrimiento de la física cuántica, se asociaban a grandes cantidades de energía
desconocida. Sin embargo, hoy día, se investigan con mucha detención para evaluar sus efectos en la expansión del cosmos. Por ello, la
cosmología tuvo que adquirir los nuevos descubrimientos de la investigación en laboratorio e integrarlos en su visión de la naturaleza universal.
Por otra parte, se trata de campos relacionados a la noción de vacío cuántico. Habitualmente, «generar un vacío» en un volumen dado
consiste en evacuar todo lo que contiene: masas y energías. Incluso si en la práctica es imposible una evacuación completa, se cree que sí es
teóricamente factible. Hasta principios del siglo veinte los físicos pensaban que estaban certeros de qué hablaban cuando empleaban la palabra
«vacío». Para ellos, el vacío era igual como lo considera la generalidad de los seres humanos, o sea, un espacio sin nada.
La energía de un campo cuántico en un volumen dado depende del número de partículas que contiene. Mientras más fotones, más
elevada la energía del campo electromagnético. Pero, ¡cuidado!, aquí nos salimos de lo que comúnmente se considera sentido común: un campo
aunque tenga «cero» partículas no está vacío. ¿Cómo es eso? Bueno, ¡su energía no es nula! Hay una energía residual que no puede extraerse.
Esas energías son las que acaparan ahora mucho la atención de los físicos, ya que cada uno de los campos asociados a las partículas ordinarias
de la física contribuye de esta manera a lo que se denomina «energías del vacío».
Pero ¿cómo se sabe de la existencia de esas energías? Se manifiestan indirectamente por efectos sutiles. En el caso del campo
electromagnético, por ejemplo, la energía residual influye de manera mesurable en la estructura de los átomos. En efecto, la energía residual del
campo electromagnético provoca un ligero desplazamiento de la posición de los niveles de energía de los átomos de hidrógeno. Este efecto
observado lleva el nombre de Lamb-shift por el físico David Lamb, que lo midió primero. Se trata de un fenómeno provocado por el rápido
aniquilamiento que se produce en la permanente formación de pares de positrones-electrones.
Pero además, los investigadores en física de altas energías han introducido nuevos campos escalares, con el objetivo de dar cuenta de
algunos fenómenos. La unificación electrodébil y la gran unificación exigen cada una la presencia de un campo escalar específico. Una partícula
de espín nulo está asociada a ellos.
Del mismo modo, nuestros aparatos electrodomésticos sólo son sensibles a la diferencia de potencial (220 voltios) entre los límites del
sector. Agregar por doquier el mismo potencial no cambiará su comportamiento. De un modo análogo, la existencia de campos escalares
homogéneos en el espacio no se señala de una manera evidente. Sólo efectos extremadamente sutiles permiten descubrirlos. Para ello, se
requiere que las cantidades físicas susceptible a ser mesurables que y que los pueden predecir no tomen valores infinitos. Que las
probabilidades calculadas estén comprendidas entre cero y uno. Lo anterior, se encuentran en las exigencias del procedimiento de
renormalización ya visto. O sea, si un infinito aparece, se introducen las modificaciones necesarias para hacerlo desaparecer, por la sencilla
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