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Materia oscura piónica

Área: Física — domingo, 26 de julio de 2015

Avanzan en la teoría de que la materia oscura estaría formada por partículas que interaccionarían entre sí fuertemente.

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Por mucho que busquemos la materia oscura esta sigue sin aparecer. Es uno de los grandes misterios de la Física moderna. Sabemos que hay un déficit en la masa/materia que vemos y nada más.
Hay ciertas restricciones a la materia oscura si nos basamos en los datos observacionales que podemos medir en nuestro Universo, pero para el resto se puede ser creativo o tener imaginación. Las teorías sobre este asunto proliferan sin que la guadaña de los experimentos elimine la mayoría de ellas.
Lo malo es que las suposiciones sobre cómo deben ser las partículas que constituyan esta materia oscura determina el modo en la que las buscamos con nuestros experimentos (hasta ahora de modo infructuoso).
Normalmente se asume que dichas partículas son WIMPs que en sus siglas inglesas significa partículas masivas débilmente interactuantes. La idea es que muy raramente estás partículas interactúan con las partículas ordinarias que forma los dispositivos de nuestros experimentos o con cualquier otra cosa que veamos. Tampoco interactuarían con los fotones de la luz y por eso no las podríamos ver.
Pero en el asunto de cómo interactúan esas partículas entre sí hay todo un abanico. Desde la idea de que no lo hacen en absoluto hasta que lo hacen de una forma tan rica como la materia ordinaria y forman incluso agregados en forma de galaxias, estrellas y planetas oscuros.
Ahora un grupo internacional de físicos publica un avance en la posibilidad de que la autointeracción sea fuerte basándose en cómo los hacen los piones, partículas conocidas desde los años treinta del pasado siglo y que se propusieron en su día como mecanismo para mantener los neutrones y protones unidos en el núcleo atómico. La nueva idea se publicó en Physical Review Letters el pasado 10 de julio y es una extensión de lo ya propuesto en el año pasado por parte de estos mismos investigadores.
Según Hitoshi Murayama (Universidad de Berkeley y Tokio) estas nuevas partículas ya nos serían familiares, pues tienen la misma masa o el mismo tipo de interacción que los piones. Cabría añadir que, obviamente, no son piones al uso. A las nuevas partículas se las denomina SIMPs (strongly interacting massive particle).
La nueva teoría predice que la materia oscura interacciona con ella misma dentro de las galaxias y cúmulos de galaxias modificando su distribución de masa. De este modo encajan mejor con lo observado y simulado que otras hipótesis alternativas.
Básicamente se permite una aniquilación de 3 hacia 2 partículas de materia oscura que reduce el número de partículas del sector oscuro durante el periodo cosmológico. También se propone que se alcanzaría finalmente un equilibrio térmico entre estas partículas y las ordinarias del modelo estándar (SM), por lo que estas partículas oscuras tendrían la misma temperatura que los fotones.
La nueva teoría predice unas partículas ligeras de entre el MeV y hasta algunos GeV con fuerte autointeracción. Estas partículas casi no interaccionarían con las partículas del SM del sector visible, incluyendo, claro está, los fotones.
La propuesta se hace bajo diversas teorías gauge (Sp(Nc), SU(Nc) y O(Nc)) en las que, por ejemplo, un bosón pseudo-Goldstone adquiere masa en un proceso de ruptura de simetría (algo típico en Teoría de Partículas) para producir piones interaccionantes entre sí.
La diferencia clave es que estas propiedades entre estas nuevas partículas propuestas y las de las partículas alternativas tradicionales tienen profundas consecuencias sobre cómo la materia oscura puede ser descubierta en los experimentos que están por venir.
El próximo paso sería poner a prueba la nueva idea en los ya existentes el LHCb y en SuperKEK-B o en el propuesto y no construido experimento SHiP.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4735

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia en ArXiv.
Nuevo modelo de materia oscura.
Ilustración: Kavli IPMU

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

  1. lluís:

    – Pues si estas nuevas partículas tienen la misma masa y el mismo tipo de interacción que los piones, ¿Qué las diferencia de los piones al uso?.
    – En cuanto a que los piones que se propusieron en su día como mecanismo para mantener neutrones y protones unidos en el núcleo atómico, supongo que esto sigue siendo así y que por tanto los mesones pi ( o piones) son los responsable de esa unión mediante el interambio constante de piones virtuales.Si digo esto es porqué lo de que ” se propusieron en su día” me ha hecho entrar en duda.
    – Esos grupos de simetría (teorías gauge)no los conozco, ¿estarán dentro de las algebras de Lie? ¿Grupos simplécticos, acaso?.

  2. NeoFronteras:

    Los piones al uso son mesones consistentes en un quark y un antiquark. Pero decaen en una fracción de segundo, así que no pueden dar cuenta de la materia oscura en este momento. Los grupos enumerados son por orden en el que aparecen en el texto el simpléctico, el unitario y el grupo ortogonal. Los dos últimos son comunes y habituales en teoría de grupos y partículas. Obviamente el parámetro Nc correspondería a un valor numérico.
    Por cierto, qué bonitos son los grupos de Lie.

  3. lluís:

    De acuerdo; precisamente lo que me había despistado es el parámetro Nc, porque los grupos SO, SU…ya los tenía vistos.

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