NeoFronteras

¿Es la materia oscura materia espejo?

Área: Física — Jueves, 6 de Mayo de 2010

Proponen las partículas espejo como mejor explicación a la materia oscura y los recientes resultados sobre su supuesta detección directa.

Foto
Mina Soudan, donde se realiza el experimento CoGeNT. Fuente: J. Davis/Wikimedia.

Todo lo que rodea la materia oscura es cada día más confuso. La última especulación al respecto habla de la materia espejo. Según una teoría las partículas del modelo estándar tendrían una familia de partículas casi idénticas a ellas con las cuales no podrían interaccionar. Esto doblaría el número de tipos de partículas, habiendo partículas “a derechas” y “a izquierdas”. Lo más interesante de las partículas espejo es que interaccionarían entre ellas de la misma manera que lo hacen las partículas de materia ordinaria entre sí, de este modo formaría átomos espejo, moléculas espejo, planetas espejo, estrellas espejo y galaxias espejo. Aunque la materia espejo produciría luz, nosotros no la veríamos al estar hechos de materia ordinaria “a izquierdas”.
Pues bien, un investigador propone que las partículas espejo son la mejor explicación a las supuestas pruebas experimentales de la detección directa de materia oscura obtenidas recientemente.
Desde hace ya décadas se trata de detectar en experimentos de laboratorio la presencia de partículas que interactúen débilmente con la materia ordinaria, para así poder explicar la aparente presencia de una materia que dé cuenta de una masa que según todos los indicios astronómicos provoca atracción gravitaría en diversas estructuras del Universo. Hay unos 30 experimentos en marcha para detectar estas partículas y hasta ahora, pese a todos los esfuerzos, ninguno había proporcionado pruebas claras de la existencia de partículas de materia oscura.
Un grupo italiano decía hace poco, sin embargo, que había registrado algo. Han dedicado diez años a un experimento denominado DAMA/LIBRA que está basado en la observación de un bloque de ioduro sódico de cientos de kilos de peso. Se cree que una partícula de materia oscura que interaccione con este bloque debe de generar un fotón. Según la Tierra se mueve alrededor del Sol se deberían de ver más fotones cuando nos acercamos al “mar de materia oscura” que cuando nos alejamos de él. Esto es precisamente lo que este grupo de investigadores italiano dice haber visto.
Lo malo es que casi nadie cree al grupo italiano, principalmente porque otros experimentos similares no habían visto este efecto estacional ni nada parecido. Achacaban los resultados a una variación estacional y local de la temperatura.
Hace un mes todo cambió por culpa del experimento norteamericano CoGent, basado en cristales de germanio y encaminado a la detección de partículas ligeras de materia oscura. Según estos otros investigadores, en este experimento se están registrando abundantes colisiones de materia oscura.
Lo interesante es que ambos experimentos están pensados para la detección de partículas ligeras, en lugar de para la detección de partículas pesadas, como el resto de los experimentos, siendo el resultado un tanto inesperado.
Ahora es el turno de los teóricos que deben reconciliar estos dos nuevos resultados experimentales entre sí y con los modelos de materia oscura.
El mes pasado Liam Fitzpatrick, de la Universidad de Boston, y sus colaboradores sugirieron que las partículas ligeras débilmente interaccionantes podrían explicar ambos resultados. Pero hace unos días Robert Foot de la Universidad de Melbourne propuso una solución más exótica. Según él la materia espejo podría explicar mejor ambos resultados. Según el modelo de Fot, en este tipo de experimentos las partículas espejo interaccionarían con una partícula ordinaria a través de un proceso denominado mezcla cinética fotón fotón-espejo.
Foot es uno de líderes teóricos que proponen la existencia de estas partículas espejo. Según él un plasma de partículas espejos sería el ingrediente predominante en los halos galácticos, donde, según las observaciones astronómicas, parece encontrarse la materia oscura.
Si la hipótesis de la materia espejo es cierta quizás podría ser detectada, con dificultad, por los astrofísicos. Si se agrega en forma de estrellas y similares, los objetos resultantes deben producir fenómenos de microlente gravitatoria, aunque éstos serían casi indistinguibles de los producidos por la materia ordinaria.
La inspiración para esta hipótesis de las partículas espejo vino de un experimento realizado en 1956, que mostró que las leyes de la Naturaleza no son simétricas respecto a la paridad. Concretamente se vio que las partículas que interaccionan bajo la fuerza nuclear débil exhibían un comportamiento preferentemente “a izquierdas”. Como la rotación y la translación son simétricas, los físicos se preguntaron por qué la Naturaleza no tiene una simetría en este caso, por lo que habría que explicar la causa o proponer la existencia de otras partículas con la preferencia contraria y así restaurar la simetría del Universo en este aspecto.
Estas ideas pueden sonar muy bien, ¿verdad? Sin embargo últimamente se ha puesto todavía más en entre dicho la supuesta detección de materia oscura en este tipo de experimentos, sobre todo los datos de DAMA.
El experimento Xenon 100 se encuentra en el mismo laboratorio bajo tierra que DAMA, pero es bastante más sensible. En lugar de usar ioduro de sodio usa xenon. Pese a que lleva ya funcionando unos meses no ha logrado detectar señales de materia oscura.
El xenon es el gas no radiactivo más pesado de la tabla periódica. En su forma licuada es 3 veces más denso que el agua, conteniendo muchos átomos por litro. Esto aumenta las posibilidades de que una partícula de materia oscura colisionen con uno de estos átomos, evento que produciría un destello de luz que se podría detectar. El análisis de los datos tomados a finales del año pasado lleva a la conclusión de que lo único que se ha registrado es ruido producido por la radiación de fondo y no partículas de materia oscura.
De acuerdo a su mayor sensibilidad Xenon 100 debería de detectar muchas más partículas oscuras que DAMA o CDMS-II.
El equipo de CDMS-II también informó hace poco del registro de dos eventos atribuidos a la interacción con materia oscura.
Si la señal original de DAMA se debiera a partículas de materia oscura Xenon 100 debería de ver docenas, a no ser que las propiedades de estas partículas fueran aún más exóticas de lo que imaginamos. Los resultados son, en definitiva, difíciles de reconciliar.
Si lo detectado por CDMS-II fuera materia oscura entonces los resultados de Xenon 100 sugieren que si existen las partículas oscuras deben tener, como mínimo, 80 veces la masa del protón, pues el CDMS-II es más sensible a partículas pesadas.
Xenon 100 comenzó a tomar nuevos datos en enero, pero aún no han sido analizados. Esperemos que los nuevos resultados aclaren la situación, aunque sólo sea para decir que lo único que se detecta es radiación ambiente.
En todo caso, por suerte o por desgracia, no se ha dicho la última palabra sobre este asunto.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3114

Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.
Artículo en ArXiv.
Noticia en Newscientist.
Nota de prensa.
First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment.
Comments on “First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment”.
¿Se han detectado WIMPs?
En busca de la materia oscura.
De momento ni rastro de WIMPS.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
Compartir »

7 Comentarios

  1. Nemo:

    Si la “materia” oscura se ha inferido por su atracción gravitatoria sobre la materia ordinaria (y me parece que de momento no es más que eso: un fenómeno y nada más) ¿por qué no se supone que está agregada y meclada con ella? Tiempo ha habido para ello, tanto como para haberse agregado la ordinaria. ¿No estaría entonces constituída nuestra masa en buena parte por materia oscura? No parece que se considere así. En conjunto, todo esto no resulta demasiado coherente.

  2. Teaius:

    A mi me parece que con esto de la materia espejo lían todavía más las cosas. Para empezar si suponen (que me parece demasiado suponer) que la materia espejo forma estructuras complejas como moléculas, planetas, etc, o que hay luz oscura, tienen que meter dos interacciones fundamentales nuevas equivalentes a la fuerza nuclear fuerte y la electromagnética que solo aplique a la materia espejo. Y eso porque “nuestra” interacción fuerte y electromagnética no sirve, ya que se supone que son WIMPS y solo intecraccionan con “nuestro lado” mediante gravedad e interacción débil.

    A mi es que eso me parece mucho suponer de unas partículas de las que apenas sabemos nada y que genera más preguntas que las respuestas que proporciona.

  3. Diego Tentor:

    A riesgo de enunciar una tontería creo que la ecuación cerraría mejor si contempláramos la posibilidad de que dos partículas elementales, en un hipotético caso de que se orbiten mutuamente, puedan alcanzar velocidades mayores a la de la luz.

    Es evidente que algunas partículas elementales tienen mayor energía que los sistemas que forman.

    Si para colisionar dos átomos (y que se destrocen mutuamente) necesito acelerarlos a una cantidad x de energía y luego, para colisionar sus subproductos necesito aún mas energía, es evidente que la fuerza de atracción es mayor en la medida que las partículas son mas elementales.

    Una particula elemental viajando sola en el espacio es una paradoja.

    En teoría una partícula elemental muy energética debe ser muy masiva, por lo tanto su poder de atracción – interacción debe ser alto y debiera ser detectado por el CDMS-II.

    Si esto no sucede, y en cambio detectamos partículas livianas, con poca interacción, es decir, con poca masa ¿como es posible que circulen libremente sin ser atraídos por la materia ordinaria?.

    La única forma que que un elemento sea mas energético es que aumente su masa o su velocidad, si no se puede aumentar su masa para dar respuesta, entonces hay que revisar la velocidad,dos partículas elementales livianas orbitandose mutuamente a mayor velocidad que la luz podrían ser más energéticas, su tamaño (porque debería ser enorme) explica porque un elemento del par puede atravesarnos sin inmutarse, puesto que la simetría casi perfecta da un muy escaso lugar a la interacción.
    Sin embargo, en el caso de ser detectado-observado el sistema adquiere un estado único, minúsculo.
    Eso da lugar a un hipotetico sistema paralelo o espejo o simétrico como uno guste llamarle pero que en realidad jamas podría ser observado, puesto que observarlo significaría que adquiera un solo estado, el del observador.
    Dicho de otra forma, suponiendo que en la teoría encontramos la exacta ubicación de aquel sistema simétrico, en el preciso momento que decidamos observarlo solo podríamos ver nuestro propio sistema sobre el que estamos parados.
    Pero, en fin, todos sabemos que no es posible ser más rápido que la luz.

  4. NeoFronteras:

    Estimado Diego Tentor:
    Lo que dice en su comentario 3 no se sostiene desde el punto de vista de la Física conocida, que permite, entre otras cosas esta misma web. La superación de la velocidad de la luz suena bien en las novelas de ciencia ficción, pero, hasta lo conocido por la ciencia, es imposible en el momento presente. De otro modo la estructura de lo que conocemos como Universo se derrumbaría.

  5. NeoFronteras:

    Estimado Nemo:
    Sí se ha considerado un posible la agregación de materia oscura al igual que pasa con la ordinaria. Pero aunque la materia ordinaria está agregada en estrellas y galaxias, aún así también está en forma de radiación. Todos los días muchísimos protones llegan de los confines del Universo e impactan con la Tierra, es de suponer algo similar con la materia oscura.

  6. tomás:

    Estimado Diego: Con tu comentario 3 me has trasladado a un lejano pasado, una época juvenil en la que, queriendo explicarme el fenómeno de las rendijas de Young de forma compatible con una “corporeidad” de los fotones en su experimento, di en suponer que cada fotón podría estar compuesto por dos “elementos” que irían emparejados, siempre orbitándose mutuamente, lo que otorgaría al movimiento de cada uno una curva casi sinusoidal si no rotaban muy deprisa. Una de las pegas era que, alternativamente, el que iba en la misma dirección del movimiento, superaría la velocidad de la luz. Me animó el denominador de la ley de Plank, con su esperanzador 2, pero nada; al final lo dejé y descansé e hice mía una incertidumbre que aletea en el estómago de mi determinismo y que no me abandonó jamás.
    Por último, el estricto Neo, en su 4, me afianza en ella y prefiero no contribuir a derrumbar el Universo cuando tan preocupado ando por esta Tierra.
    Un cordial saludo.

  7. lluís:

    Si existen partículas espejo, ¿hay que pensar que existe el “mundo del otro lado del espejo”? ¿el mundo de Alícia,en el que todo sucede al revés, acabará siendo realidad?.¿Se invierte el espín del fotón en ese mundo?. Fue León M.Lederman el que comprobó experimentalmente que no se conserva simetría de paridad(P)en la desintegración del pión,ya que el muón resultante tiene helicidad negativa, yendo por tanto en dirección contraria a su velocidad.O sea, en cierto modo, al nivel de la interacción débil se podría decir que el “el mundo del espejo” es diferente a nuestro mundo, no obstante no se puede decir que podamos habitar el otro lado del espejo.Un poco liado me ha dejado este estudio.
    Saludos a todos…Ah!…igual un día aparecen los taquiones..que estos sí que van más rápidos que la luz…

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.