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martes, 9 de mayo de 2017

Portales hacia el sector oscuro

Proponen la existencia de un nuevo portal que permite la interacción de partículas de materia visible con las del sector oscuro.

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Muchas observaciones que se realizan sobre el Universo indican que debe existir la materia oscura, ya sea en las curvas de rotación de las galaxias, las lentes gravitacionales o incluso en la propia formación de las estructuras a gran escala del Universo.
Como alternativa se propusieron en su día las teorías de gravedad modificadas. Teorías que, a su vez, se han ido modificando a conveniencia de sus proponentes. Los últimos resultados sobre rotación de galaxias primitivas posiblemente acaben de una vez con estas teorías, afortunadamente.
En los años ochenta se pensó que estas partículas que componen la materia oscura podrían ser WIMPs o partículas débilmente interactuantes. Las WIMPs tendrían una masa de cientos de veces la de un protón. Estas partículas interaccionarían con la materia ordinaria sólo a través de la fuerza de gravedad y de la fuerza débil.
Las WIMPS aparecían de manera natural en distintas versiones de las teorías de supersimetría que se inventaron para solucionar ciertos problemas del modelo estándar de partículas. Concepto este que también se introdujo en las ideas de cuerdas.
Lo malo es que las partículas que conforman esta materia oscura sigue sin detectarse directamente, pese a los grandes esfuerzos realizados hasta el momento. No sólo eso, en las colisiones del LHC no aparecen indicios de supersimetría o de las WIMPs. Así que muchos físicos piensan que ya va siendo hora de abandonar la idea de las WIMPs y pensar en otra alternativa (las cuerdas, al no ser falsables y, por tanto, no científicas, posiblemente no sean abandonadas por los físicos más recalcitrantes).
Como alternativa se ha propuesto el sector oscuro, una suerte de copia de todas o parte de las partículas del modelo estándar que se comunicarían con las partículas de materia ordinaria a través de lo que se ha denominado “portales” (algunos son imaginativos a la hora de buscar nombre con gancho). Estas partículas del sector oscuro serían además más ligeras, en general, que sus contrapartidas ordinarias.
Así, por ejemplo, si el fotón es la partícula que porta la fuerza electromagnética en las partículas de sector visible, en el sector oscuro habría fotones oscuros que serían los responsables de la particular versión del electromagnetismo en su sector y actuarían entre partículas cargadas con su propia versión de la carga eléctrica.
La existencia de los portales es fundamental a la hora de poder detectar partículas del sector oscuro, porque si la interacción es sola y únicamente gravitatoria, las posibilidades de detección directa son prácticamente nulas. Además, gracias a estos portales, el universo primigenio que surgió tras el Big Bang pudo producir las proporciones adecuadas de materia oscura y ordinaria para que así encaje con las proporciones observadas en el Cosmos.
Los teóricos han identificado varios portales de comunicación entre el sector visible y oscuro. Uno de ellos (el portal vector) supondría la mezcla sutil entre fotones ordinarios y oscuros. Esto permitiría cierta interacción entre ellos y, de vez en cuando, en lugar de producirse un fotón de alta energía se produciría un fotón oscuro. Esto abriría una vía de detección.
El bosón de Higgs o los neutrinos se conectarían de modo similar con el sector oscuro. También habría un portal que comunicaría los axiones con los fotones.
Lo interesante es que cada portal es una herramienta teórica y experimental que puede que ayude en la identificación de partículas del sector oscuro.
Pues bien, hace unos días se publicaba un estudio en el que se identificaba un nuevo portal: el de los axiones oscuros. Este portal permitiría la interacción entre axiones y fotones oscuros. Esta idea teórica proviene de que los quarks pesados, axiones, fotones y fotones oscuros pueden interaccionar unos con otros.
La ventaja de esta nueva idea es que permite conectar, desde el punto de vista teórico, la línea de puntos que había entre diversas versiones de la teoría e interpretar mejor los datos que se puedan obtener en los experimentos.
Es aquí, en la parte experimental, en donde se tienen depositadas ciertas esperanzas. Al ser estas partículas más ligeras que las WIMPs, con una masa inferior a la del protón, no se necesita la energía del LHC o superior para producirlas. A una energía mucho más baja bastaría un haz de electrones incidiendo sobre un blanco para generarlas de una forma mucho más barata. Esa configuración produciría muchos fotones, pero gracias al portal vector también se generarían fotones oscuros.
El ya existente CEBAF (Continuous Electron Beam Accelerator Facility) que está en el Thomas Jefferson National Accelerator Facility de Newport News (Virginia) permite realizar ese tipo de experimentos (en la foto de cabecera). De hecho, ya se están realizando experimentos al respecto allí, de momento sin resultados.
Esta semana se ha celebrado un congreso en University of Maryland (College Park) organizado por el Departamento de Energía de los EEUU. El objetivo era buscar ideas en las que gastar 10 millones de dólares que ayuden a buscar la dichosa materia oscura. Se hicieron varias propuestas, sobre todo encaminadas a la detección de axiones, pero también alguna imaginativa.
Algunos físicos esperan que el Departamento de Energía financie un programa a un plazo mayor, a 10 o 15 años, que permita explorar mejor esta idea del sector oscuro. No sólo está el uso de los aceleradores de electrones antes mencionados para producir estas partículas, del que se espera construir alguno específico para la tarea, sino también la detección directa de partículas ligeras ya existentes del sector oscuro.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5426

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