NeoFronteras

Asimetría bariónica y materia oscura

Área: Física — lunes, 6 de diciembre de 2010

Una nueva idea propone matar dos pájaros de un tiro: explicar la naturaleza de la materia oscura y explicar la asimetría entre materia y antimateria.

Foto
Detector Super-Kamiokande (Observatorio Kamioka, Universidad de Tokio).

Un grupo de físicos ha propuesto una nueva partícula a la que que podríamos llamar X. Esta partícula decaería principalmente en materia normal, mientras que su antipartícula decaería en antimateria oscura. Estos físicos sostienen que la existencia de esta partícula en el Universo temprano podría explicar tanto la materia oscura como la asimetría de materia-antimateria.
La mal llamada materia oscura, que debería llamarse más bien “invisible” u “oculta”, constituye la mayor parte de masa del Universo. Podemos inferir su efecto gravitatorio, pero no podemos, de momento, señalar con el dedo a las partículas que la forman. Para explicar esta masa se ha propuesto a los neutrinos, la existencia de partículas débilmente interactuantes o WIMPs, la presencia de axiones, WIMPless, materia espejo, super-WIMPs, partículas supersimétricas e incluso partículas que sólo interaccionaran gravitatoriamente.
Los experimentos todavía no nos han dado pruebas concluyentes sobre la responsabilidad de ninguna en la materia oscura ni de la existencia de la mayoría de ellas. Aunque el modelo preferido (WIMPs) sugiere partículas de 100 GeV, los pocos eventos registrados en los detectores hablan de 7 a 8 GeV.
Por otro lado, la antimateria es relativamente fácil de producir. Recientemente se han logrado incluso atrapar los primeros antiátomos como ya hemos contado en NeoFronteras.
Pero uno de los misterios de la Física es por qué el Universo está hecho de materia en lugar de antimateria. Hay una asimetría bariónica. Si la simetría hubiese sido perfecta al comienzo del Universo todas las partículas se hubieran aniquilado entre sí y sólo hubiera quedado radiación. Hasta ahora se había tratado de resolver la asimetría bariónica invocando a la violación de la simetría de carga y paridad o simetría CP. Violación que se registrado en el laboratorio en el decaimiento de ciertas partículas que prefieren hacerlo un poco más en materia que en antimateria. Pero este efecto es demasiado pequeño para explicar la cantidad de materia observada en el Universo, por eso se ha propuesto, aunque no se ha observado aún, la violación de la simetría CPT.
Hooman Davoudiasl y sus colaboradores han propuesto una partícula X (un fermión tipo Dirac) que podría resolver ambos misterios. Esta partícula tendría una masa de 1000 GeV (sería miles de veces más pesada que un protón) que decaería hacia un neutrón o hacia dos partículas hipotéticas que denominan Y y Φ. Estas dos partículas tendrían masas de 2 ó 3 GeV. La antipartícula de X, la anti-X, decaería en un antineutrón o en un par anti-Y anti-Φ.
La partícula X violaría la simetría CP de un modo un poco especial. La X decaería en neutrones más frecuentemente que la anti-X lo haría en antineutrones, pero esto se vería compensado con que la anti-X decaería más frecuentemente en anti-Y anti-Φ que la X lo haría en Y y Φ. Aunque la mayoría de la materia se aniquilaría con la antimateria al principio del Universo, esta discrepancia dejaría una porción de materia visible y una porción más pesada de antimateria oscura.
La idea es, desde luego, elegante, pero necesita se comprobada experimentalmente. Estos físicos han pensado cómo se podrían detectar anti-Y y anti-Φ. A diferencia de las WIMPs, las anti-Y y anti-Φ no se aniquilan entre sí. Sin embargo, podrían provocar el decaimiento del protón, algo prohibido por el modelo estándar de partículas. Una anti-Y podría colisionar con un protón, pero una X virtual rompería un protón transformándolo en un kaón, y transformaría una anti-Y en una partícula Φ.
Un detector como el SuperKamiokande podría observar el decaimiento de protones en kaones, que en este tipo de procesos se produciría a una energía mucha más alta que el decaimiento del protón propuesto por otras teorías más allá del modelo estándar, como las teorías de gran unificación. El escenario estaría en la frontera de la detectabilidad. Cuando las teorías de gran unificación propusieron del decaimiento del protón se pusieron en marcha varios experimentos para detectarlo, pero o bien tal proceso no existe o es tan infrecuente que la masa implicada en los experimentos era insuficiente.
Aunque hay varias teorías en desarrollo que ligan la producción de materia oscura con la asimetría bariónica, ésta en concreto es especial por proponer la desintegración del protón y un escenario de experimentación. Estas teorías estarían más en línea de lo poco que parece haberse detectado en experimentos para de detección directa de materia oscura.
Si el efecto del decaimiento espontáneo del protón es se da, entonces en un remoto futuro toda la materia ordinaria se habrá evaporado, o bien en agujeros negros o bien por desintegración de protones. Sólo quedará radiación y electrones.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3322

Fuentes y referencias:
Noticia en Physics Wolrd.
Artículo original.
Artículo en ArXiv.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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22 Comentarios

  1. Diego Tentor:

    Solo me parece otro parche a la rueda, un arreglo momentáneo, que por un lado funciona pero no hace más que complicar el asunto, de modo que la materia, antes de ser materia debe estudiar mas leyes que un abogado.
    Entonces el cosmos se llena de partículas, no comprobadas, pero cada una con la cualidad de responder a una pregunta de los físicos, con lo que mas que un universo se parece a la mitología griega.
    De lo sencillo a lo complejo, sería lo más esperable.

  2. tomás:

    Estimado Diego Tentor: Aunque estoy tan extrañado como tú; aunque también me parece elegante que en el Big Bang, se destruyesen tales cantidades de materia y antimateria que el actual Universo sea un mínimo -creo interpretar- de lo que pudiera haber sido, no estoy de acuerdo con tu última frase: “De lo sencillo a lo complejo…”. Sólo hay que pensar en el complicado geocentrismo de Ptolomeo y el mucho más simple heliocentrismo copérnicano, o en el contradictorio éter. No digo de las teogonías antiguas a las modernas: Antes infinidad de dioses, semidioses, divinidades, genios etc., según ciudades incluso próximas; ahora, en occidente, un sólo dios aunque -eso sí, verdadero, tripartito y unipersonal, según el catecismo católico apostólico y romano-.
    Pero posiblemente tienes razón en otros muchos casos. Sea de la carretilla al ferrocarril.
    Vamos, que depende.
    Saludos.

  3. Nemo:

    Una pregunta inocente:
    Si la materia oscura atrae a la ordinaria (y viceversa), y es en conjunto varias veces más abundante, poca o mucha debe estar mezclada con la nuestra aquí mismo, en el sistema solar. No vamos a ser un caso especial. ¿Alguien ha pensado calcular qué proporción de su masa -de la nuestra- es “oscura”?

  4. Nemo:

    Si la materia oscura se concentra gravitatoriamente -cosa que a priori parece inevitable- ¿Cómo se disipa la energía resultante del proceso? La materia ordinaria, básicamente, se calienta y emite radiación electromagnética. ¿Habrá una “radiación oscura”?

  5. NeoFronteras:

    Pues se ha propuesto seriamente eso de la “radiación oscura”. Sería un equivalente a la radiación electromagnética. Aunque también lo solucionan diciendo que es materia oscura fría o impidiendo que estas partículas interaccionen entre sí.

  6. tomás:

    Estimado Ulises, digo Nemo: Espero con impaciencia la respuesta de Neo a tus cuestiones. Yo imagino que ha de haber una fuerza que les haga separarse a partir de cierta distancia, por lo que -posiblemente- en nuestra galaxia no haya materia oscura y menos en el Sistema Solar. Y su “intragravedad” haya de ser contraria a la nuestra; quizá de ahí esa imparable expansión.
    Un saludo cordial y llenos de misterios.

  7. tomás:

    Neo se me ha colado por 7 minutos, ¡cómo pasa el tiempo! Y es que el código me ha rechazado no sé por qué. Lo siento.

  8. NeoFronteras:

    Se me olvidó responder al comentario número tres.
    Se ha calculado el efecto gravitatorio de la materia oscura sobre el sistema solar, pero éste sería pequeño, aunque medible. Apareció aquí una noticia al respecto hace algún tiempo.
    Un efecto más importante se ha propuesto recientemente. Según un estudio la materia oscura podría tener un efecto en las reacciones de fusión del Sol.
    Básicamente, como no tenemos ni idea de lo que es la materia oscura o si realmente existe puede utilizarse de comodín para cualquier cosa.

    Dicen que si se añade un poco de materia oscura a la salsa que acompaña a los linguini éstos saben mucho mejor.

  9. radek:

    Y al final nos dirán que la tortuga y los 4 elefantes estaban hechos de materia oscura…

  10. Diego Tentor:

    Tomas: Respecto de lo que dices de la ultima parte de mi comentario estoy de acuerdo, es que a veces no es buena idea caer en frases hechas.

    Neo: Esta “comprobado” que cada vez que comentas cerca del mediodía incorporas alguna referencia culinaria!(digo por lo de los linguinis)

    Radek: Solo que la tortuga sería de materia oscura no elefántica.

  11. Nemo:

    “Dicen que si se añade un poco de materia oscura a la salsa que acompaña a los linguini éstos saben mucho mejor”

    Sin duda, pero la digestión se hace mucho más pesada…

  12. lluís:

    Bueno, pues ya tenemos otra partícula “divina”.La partícula X.No son pocos los que se sienten incómodos con todo el panteón de partículas propuestas (Wimps, axiones, neutrinos estériles, supercompañeras y otras),y algunos piensan que más que partículas e interacciones nuevas para encontrar la “materia oscura” y/o averiguar porqué hay más materia que antimateria en el universo(según parece), debería profundizarse en el asunto de la modificación de la Dinámica Newtoniana).Pero la “materia oscura” es una realidad y es lógico que se remueva Roma con Santiago para dar con ella.Así que seguiremos construyendo teorías,hasta que demos con tal oculta materia.Tenemos tiempo, no parece que los protones vayan a decaer de hoy para mañana.Igual esta nueva teoría da en el clavo.Y encima mata dos pájaros de un tiro.
    Saludos.

  13. tomás:

    Mis queridos amigos sin excepción alguna: Las respuestas de Neo -aunque todos habéis ayudado un poco- me han dejado descolocado, porque pensaba que esa materia oscura de la clase -o clases- que sea -sean- se hallaba lejos, entre las galaxias. Y con eso de los “linguini” (Diego, que ya es plural la “i” del italiano), ahora ya no sé si cuando me como un huevo frito -mucho más español- estoy, o no, degustando materia oscura.
    Si es que está en el Sol, ¿no será eso por lo que uno se pone moreno cuando lo toma?
    Ya diréis.

  14. lluís:

    Ya digo,amigo tomás.Pudiera ser muy bien que precisamente por eso que dices (sobre dónde están las llaves matarile-rile-rile)te pusieras moreno cuando lo tomas,tomás.Igual funcionaria es materia oscura en el Sol como una especie de cocina de inducción magnética.
    Saludos nada oscuros.

  15. tomás:

    D. lluís (así, muy distante y serio):
    A bromas te abrumaré
    si por tomás no me tomas
    que si paso por tomenos
    puedo acabar en tonada.
    Hace poco me ampliaron
    -cosa que no conosía-
    a una frase de la misa:
    “Tomás y comés que estés…”
    Y son cosas de la vía:
    me ponen donde no quiero,
    ¿y qué le vamos aser?

  16. lament:

    Por lo que veo la materia oscura sirve para todo “es el comodin de la humanidad”, todos hablan de ella pero en realidad nadie sabe por donde cojerla, yo creo que iria bién para meter en ella a casi todos los politicos haber si así salen con el cerebro “encajado y planchado” y dejan de jo…nos.
    Saludos politicamente oscuros

  17. lluís:

    Tomás, siempre eres muy bueno con la poesía.Ya me gustaría a mí tener ese salero que gastas.Pero tienes razón, mi bromita seguro que es un tópico que habrás encontrado, seguramente, en diferentes versiones y situaciones.
    Más que un comodin, lament, es una lata.Pero igual tenía razón el “viejo”(y no fue tan error de su “vida” eso de la constante cosmológica) y despues de todo existe tal constante, se le llame “energía-materia oscura” o de cualquier otro modo.
    Saludos cordiales.

  18. lluís:

    Esto hoy no me funciona bien…veámos-

  19. tomás:

    No podrás ver, amigo lluís; está oscuro.

  20. lament:

    Lluis: cuando te refieres “al viejo”, supongo que te refieres a Albert Einstein (uno de los más grandes representantes de la física del siglo xx). Yo creo que fué un señor muy brillante porque además de la teoria de la relatividad (ya que tuvo que hacer muchos cálculos sobre las distancias, tiempo y aceleración), inventó la bomba atómica, aunque desgraciadamente es peligroso, ya que hay paises que lo utilizan para dañar a otros. Los trabajos de este señor, hoy en día, son utilizados por científicos como punto de partida para muchas investigaciones y no creo que fuese tan error de su vida lo de la constante cosmológica.
    Bueno dentro de tanta oscuridad no se como se vera esto.
    Tomás:Gracias por tu bienvenida del pasado 30 de noviembre.

  21. NeoFronteras:

    Estimada lament:
    Sólo quisiera aclarar que Albert Einstein no trabajó directa o indirectamente en ningún proyecto nuclear. Es más, se pasó gran parte de su vida luchando por la paz y el desarme.
    Culpar a Einstein de algo así es equivalente a culpar a Dalton del uso del gas mostaza en la primera guerra mundial.

  22. lament:

    Estimado Lluis, yo no culpo a Albert Einstein de nada más bién lo admiro.
    Saludos.

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