NeoFronteras

¿Detectará el LHC materia oscura?

Área: Física — domingo, 10 de mayo de 2015

Proponen que la materia oscura esté compuesta por neutralinos, partículas que explicarían la emisión de rayos gamma del centro galáctico, partículas que además podrían ahora ser sintetizas en el LHC.

Foto
Rayos gamma en falso color sobreimpresionados sobre una imagen de la Vía Láctea. Fuente: A. Mellinger, CMU; T. Linden, Univ. of Chicago/NASA Goddard.

Uno de los grandes misterios de la Física actual es saber la naturaleza de la materia oscura, esa materia que no emite ni bloquea la luz porque no interacciona con la materia ordinaria, ni siquiera con los fotos de luz.
Pese a que se ha buscado la partícula o partículas que conforma esta materia oscura en profundas minas aisladas de otras fuentes que den señales falsas, aún no se han detectado ninguna de estas partículas que deben formar parte de nuestra galaxia.
Puede que al final se consiga detectar a estas partículas creándolas en el LHC en lugar de detectar las “naturales” en los detectores instalados en las minas.
Ahora, este colisionador va a operar al doble de energía a la que estuvo operando en el pasado gracias a una actualización que ha necesitado de dos años. Se espera que las nuevas colisiones entre protones empiecen este verano.
Los físicos implicados en esta gran colaboración internacional planean ahora cómo detectar nuevas partículas en este “LHC 2.0” y quizás se trate de partículas de materia oscura. Una vez descubierto el bosón de Higgs en el LHC, se necesitan nuevos objetivos y uno de ellos podrían ser las partículas supersimétricas.
Hay un exceso de fotones de alta energía provenientes del centro de nuestra galaxia. Esto se vio en 2009 a partir de los datos recolectados por el observatorio de rayos gamma Fermi. Una posible explicación, propuesta por Dan Hooper y Lisa Goodenough en su día [1], es que se produce una aniquilación entre partículas y antipartículas de materia oscura. A estas partículas se las llamó informalmente hooperones. Un sencillo cálculo arroja que los hooperones tendrían una masa no muy grande y que podrían ser sintetizadas en el LHC.
Los escépticos sugieren que el exceso de rayos gamma detectado por Fermi puede tener una explicación mucho más sencilla (aquí se usa la navaja de Occam), como las emisiones por parte de estrellas de neutrones.
El caso es que quizás estas supuestas partículas sean también una prueba de la tan ansiada supersimetría. Teoría según la cual a toda partícula del modelo estándar le corresponde una partícula con el spin cambiado y mucho más masiva. A las de spin entero le corresponderían de spin semientero y viceversa.
Pero esta primera propuesta con estas supuestas partículas de materia oscura no es compatible del todo con la supersimetría. Aunque el Modelo estándar supersimétrico mínimo (MSSM en sus siglas en inglés) permite partículas de materia oscura con masas de entre 25 y 30 Gev (1 GeV corresponde a la masa de un protón, más o menos), algo compatible con lo observado por Fermi en principio, los experimentos realizados sugieren que deberían ser más pesadas.
Para poder acomodar los hooperones de esa masa en el MSSM hay que modificar la teoría hasta un punto en el que los físicos no se sienten cómodos. Casi se necesitaría una nueva teoría.
Pero en trabajos recientes más cuidadosos se señala que los datos de Fermi son compatibles con partículas mucho más pesada, de entorno a los 200 GeV. Esto permite una mejor compatibilidad con el MSSM [2], [3].
Entre las posibles soluciones que explicaran el pico de rayos gamma del centro galáctico estaría la aniquilación de neutralinos. Además, estos serían lo suficientemente ligeros como para poder ser sintetizados en el LHC 2.0 y lo suficientemente pesados como para que no hubieran sido descubiertos antes. Este nuevo cálculo ha sido realizado por Sascha Caron (Universidad de Radboud) y sus colaboradores [4].
Este grupo de físicos ha calculado además la cantidad de materia oscura que se habría producido en el Big Bang si esta estuviera compuesta por neutralinos y lo ha comparado con las deducciones a partir del fondo cósmico de microondas. Al parecer, la presencia del neutralino es compatible con las observaciones.
Un estudio similar de reanálisis ha sido realizado por Patrick Fox y sus colaboradores [5]. En este estudio también se sugiere que el neutralino podrían explicar los datos de Fermi sobre nuestro centro galáctico.
Además, Katherine Freese (Instituto Nórdico de Física Teórica en Estocolmo) y sus colaboradores también dicen haber calculado que el exceso observado por Fermi puede explicarse gracias a la supersimetría, pero en una versión de la teoría diferente a las anteriores.
Puede que los neutralinos existan. Si es así quizás sean detectados con la nueva generación de detectores en minas, pero también en el LHC 2.0, por lo en este caso que serían detectados muy pronto. Entonces el problema de la materia oscura se habría por fin resuelto.
O puede que no sea observado por ninguno de los dos y el exceso de rayos gamma medido por Fermi se deba a las estrellas de neutrones.
La pregunta que nos podemos hacer es qué pasará si el LHC 2.0 no detecta nada nuevo.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4668

Fuente principal: Nature.

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

7 Comentarios

  1. lluís:

    – Si despues de todo existen los neutralinos la supersimetría ganaría muchos puntos,y si tuvieran una masa muy elevada, quizás se podría empezar a pensar en resolver el problema de la jerarquía ( la discrepancia entre la masa pequeña de la escala débil y la gran masa de la escala de Planck, y precisamente algunos creen que si el neutralino es estable su masa debería caer dentro de tal escala). Además ya desde los años 1970 existen las ecuaciones,desarolladas por físicos europeos y rusos, que demuestran que es posible realizar transformaciones supersimétricas que intercambian particulas tan diferentes como lo son fermiones y bosones, quedando invariantes las leyes de la física. Parece muy extraño pero es lo que dicen estas teorías supersimetricas.
    – Y, en consecuencia si aparece supersimtría (en el LHC ) tendríamos pistas acerca de que un universo supersimétrico contiene muchas partículas nuevas,con lo que el Modelo Estándar tendría el mismo número de fermiones y bosones.
    – Pienso que es muy interesante lo que se avecina en el LHC, por lo menos tiendo al optimísmo, pero si el LHC no detecta nada nuevo,no quedará otro remedio que empezar de nuevo desde cero , porque desde luego lo que está muy claro, es que el modelo estándar sigue teniendo algunas pegas, o bastantes.

  2. tomás:

    Querido amigo “lluís”:
    No puedo sino admirarme de que puedas comentar sobre este artículo en el que yo sólo puedo asombrarme de cosas muy secundarias -quizá no, pero escribo según mi juicio-. Por ejemplo de la posibilidad de que el neutralino pueda compatibilizar ser partícula elemental con tener una masa atómica similar a la del átomo de mercurio, ¡nada menos!.
    También, pero menos porque ya se acostumbra uno, el que fenómenos calculados matemáticamente basándose muchas veces en la sola intuición de la que se obtiene una teoría, al final resultan acertados. Eso es algo muy maravilloso porque es algo así como un milagro matemático.
    En fin, que te felicito por poder comentar sobre estos temas para mi tan lejanos como las primeras estrellas.

    Quería decirte que en el artículo “La mayor estructura cósmica es un vacío”, me dirijo a ti en el comentario 9. Te lo digo aquí porque, quizás al ser un poco antiguo -del día 20-4-, posiblemente ya no lo releas.

    Un fuerte abrazo.

  3. lluís:

    Querido tomás:
    – Me he leído tu comentario 9, que, efectivamente, no había visto.
    – Como ya es sabido si se puediera computar con todo cuidado el desorden total del Universo ( la entropía universal), lo que veríamos con el tiempo es que el desorden se incrementa, sin necesar ( aunque en ese desordenamiento, se pueda producir orden local y temporal, el clásico ejemplo del cúbito de hielo que fabrica nuestro congelador, (orden), pero que desordena la central nuclear que debe producir una energía para poder fabricar el cubito,cubito que vuelve a desordenarse posteriormente al ser utilizado).
    – Por otra parte las leyes de la física no establecen una flecha del tiempo basada en la entropía, solo dicen que la entropía se va incrementando a medida que nos vamos alejando del estado ordenado y lo mismo da que ese alejamiento del orden sea hacia el futuro o hacia el pasado. ( Si se intercambia pasado y futuro, izquierda y derecha y partículas por sus antipartículas, las leyes de la física serían las mismas).
    – En cuanto a la transformación de Lorentz a la relación entre la entropía y el transcurso del tiempo, la verdad es que no le se ver relación alguna. Y en cualquier caso, ¿ para hacer qué?, ¿para dejar invariante la entropia y el transcurso del tiempo?.
    Francamente, no lo veo nada claro.
    – De todos modos me has pensar algunas cosas, así que si se me ocurre algo más ya te lo diré
    – De momento, un abrazo querido tomás. Ah! y no te extrañe que pueda comentar cosas de este tipo, sigo mucho la física, y leo todo lo que encuentro por ahí. Hace muchos años estudié algo de física, luego por cosas de la vida, lo dejé, pero siempre la he seguido.

  4. tomás:

    Es que, mi complaciente amigo “lluís”, el común de los mortales piensa en el tiempo como un inmenso río que atraviesa el universo a velocidad constante y sabemos que eso no es cierto. En mi modo de ver, hemos objetivizado el tiempo a base de relojes cada vez más perfectos, pero, si lo meditamos un poco, lo que hemos hecho es proporcionar un orden a ellos a base de introducirles energía que luego van perdiendo de forma bastante regular -o muy regular-. Ellos nos sirven para medir el tiempo que, subjetivamente es distinto para cada persona y situación. Entonces mi problema es la realidad o no de ese tiempo. El que las leyes de la física utilicen el tiempo como una realidad -la más evidente es la velocidad- esto quiere decir que pudiera ésta ser sustituída por una fracción de la velocidad de la luz “c” prescindiendo así del tiempo. Porque sí que estamos seguros del movimiento.
    Respecto a la simetría me gustaría que leyeses “Observan por primera vez la ruptura de la simetría en el tiempo en las leyes de la física”. (es que la dirección web es larguísima, y con lo que te doy lo encuentras en primer lugar).
    Lo del Lorenz se me ocurrió por tratar el tiempo, pero no por una consideración informada.
    Un abrazo y gracias por la molestia.

  5. lluís:

    Sí tomás me voy a leer eso.Tomo nota. En cuanto al tiempo lo cierto es que está en el centro del debate en la comunidad física, algunos físicos piensan que no es real, que es como una especie de propiedad emergente de las ” profundidas cuánticas”.Otros consideran que es algo que debe tener una realidad propia. En este aspecto, Lee Smolin escribió recientemente un libro ( que no he leído) pero cuyo título es significativo, ” Time reborn”. Y por otra parte se dice que en el mundo cuántico no existe flecha del tiempo ( el tiempo visto como una especie de espuma de afeitar).
    – Muchas gracias por la recomendación y un saludo atemporal. Ah! y felicitaciones para tu padre que acabo de leer un comentario en el que dices que cumplió 102 años!!. Son muchos, ¡que suerte!.

  6. NeoFronteras:

    Es que Lee Smolin ha cambiado de opinión. Antes creía en un tiempo emergente y ahora en uno que no lo es. También es la única manera de mantener su idea de la selección natural de universos.
    Pero es algo que sin un teoría cuántica de la gravedad no podemos decantarnos por un lado u otro.
    Quizás existan cronoces pequeños que organizados nos den la sensación de tiempo.
    La principal característica del tiempo es que apunta en una dirección (la famosa flecha). La expansión del Universo y el aumento de entropía llevan la misma dirección que esa flecha, pero no sabemos la conexión.

  7. tomás:

    Pues con permiso de Mr. Lee, yo creo que expansión y entropía son una misma cosa, y el tiempo un cosntructo de la mete humana que percibe eas entropía como tiempo. Pero, claro, no tengo ni pruebas ni teoría físico-matemática. Sólo una especie de intuición. Pero lo que sí es cierto es que esto tendría la misma consecuencia que el sentido de la flecha.

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.