Durante décadas, los expertos han intentado crear modelos de inflación caliente en los que el universo joven contenga no sólo un campo de inflación sino también partículas elementales. «La gran mayoría de los modelos de inflación son fríos», explican Marco Drewes y Sebastian Zell en una entrevista con «Spektrum.de». Durante la inflación, el universo se expande muy rápidamente, hasta el punto de que la materia que contiene se diluye mucho y se enfría. Esta es la razón por la que el frío modelo de inflación describe inicialmente el universo como vacío; Sólo después de la fase de expansión extrema un mecanismo conduce al estado similar al plasma caliente: el plasma de quarks-gluones. «Pero también es importante comprender mejor la inflación caliente para poder comprobar qué variante se corresponde mejor con los datos observados», afirman los dos físicos.
«Para una descripción tan caliente se necesita un mecanismo que produzca constantemente nuevas partículas a partir de la energía del inflado y caliente el plasma», añaden. Sin embargo, esto trae consigo efectos indeseables: el campo de inflación también interactúa con las partículas contenidas en la habitación, que a su vez crean nuevas partículas que impiden el mecanismo de calentamiento. Drewes y Zell explican que se puede considerar como la elaboración de vino: «No se puede hacer vino con un contenido de alcohol como la grappa porque el alcohol eventualmente matará las bacterias que lo producen».
Una combinación de cosmología y energía nuclear fuerte.
Para evitar esta dificultad, en el pasado los físicos introdujeron muchas partículas similares a la materia con propiedades inusuales que aún no habían sido observadas y no tenían ningún papel en la física, y esto planteó un problema. ¿Por qué habrían aparecido partículas extrañas durante un corto período de tiempo en la historia del universo y luego nunca más aparecieron?
Pero, como han demostrado ahora Berghaus, Drewes y Zell, la inflación caliente aparentemente también puede explicarse por los axiones y las partículas elementales de la fuerza nuclear fuerte que conocemos. Los cálculos anteriores no habían tenido en cuenta los efectos de la rápida expansión del espacio sobre las partículas que interactúan. No desempeñan ningún papel ni siquiera en las consideraciones normales de la física de partículas: las partículas interactúan entre sí tan rápidamente que uno puede ignorar con seguridad la expansión del espacio-tiempo. Sin embargo, en esta etapa temprana del universo las cosas son diferentes; Aquí la expansión tiene un efecto notable, como informan el autor y los autores del estudio: la expansión del espacio-tiempo impide la producción de partículas descrita anteriormente, lo que inhibe el mecanismo de calentamiento.
«Nos sorprendió que las predicciones de un modelo tan simple se ajustaran tan bien a los datos de observación».Marco Drewes y Sebastian Zell, físicos
«Nuestro modelo requiere sólo una nueva partícula que tenga propiedades similares a un axión, uno de los mejores candidatos para la materia oscura», explican Drewes y Zell. Así, los investigadores desarrollaron un modelo de inflación caliente que describe cómo las partículas elementales conocidas se calientan entre sí en la fase de inflación mediante fricción e interacciones con el campo de inflación y finalmente conducen a un plasma caliente. Además, su modelo depende sólo de unos pocos parámetros, lo que lo hace susceptible de verificación experimental. “Al final nos sorprendió la sencillez de la solución”, afirman los físicos.
Como describen Berghaus, Drewes y Zell, a partir de su modelo se pueden derivar predicciones que se pueden comparar con datos cosmológicos. «La segunda sorpresa fue que las predicciones de un modelo tan simple encajaban perfectamente con los datos de observación», afirman los dos físicos. Porque dos grupos de investigación confirmaron en el verano de 2025 que el modelo de inflación caliente se ajusta a observaciones cosmológicas anteriores. Otros expertos de la comunidad también se interesaron por el nuevo resultado: «La conexión experimentalmente verificable entre el mecanismo que impulsó el Big Bang y la fuerza nuclear fuerte que mantiene unido al protón podría permitir detectar el inflatón directamente en el laboratorio. Esto es igualmente interesante para teóricos, experimentadores y astrónomos», afirman Drewes y Zell. Experimentos futuros que busquen firmas de axiones podrían probar el modelo de inflación caliente presentado.
