NeoFronteras

Nueva propuesta de materia oscura

Área: Espacio,Física — domingo, 27 de septiembre de 2015

La materia oscura pasaría desapercibida porque una nueva interacción las mantendría agregadas en partículas mayores. Pero este confinamiento se podría levantar si la temperatura fuera lo suficientemente alta.

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Mapa 3D de materia oscura inferido a partir de los datos sobre lentes gravitatorias tomados por el telescopio Hubble. Fuente: NASA, ESA y R. Massey (California Institute of Technology).

La naturaleza de la materia oscura del Universo, ese 80% de su masa que no emite ni oculta la luz, constituye uno de los misterios más importantes del pasado siglo y de comienzos de este.
Cuando parece que se ha resulto este misterio, nuevos datos lo desmienten. Hasta ahora la hipótesis favorita era que esta materia estaba constituida por partículas pesadas débilmente interactuantes. Pero como tales partículas no aparecen por ningún sitio los teóricos sugieren más ideas que puedan ayudar a resolver el problema.
La última de estas propuestas la ha hecho un grupo de científicos del Lawrence Livermore Laboratory y va a ser publicada dentro de poco en Physical Review Letters.
Si tienen razón habrían dado con la cauda de por qué las partículas de materia oscura habrían evadido su detección directa en la Tierra y cómo podrían ser detectadas fácilmente gracias a su interacción con la materia ordinaria en experimentos con plasma a muy alta temperatura, las condiciones que se dieron al poco de producirse el Big Bang.
Según Pavlos Vranas “estas interacciones del universo temprano son importantes porque la abundancia de materia ordinaria y oscura hoy en día es similar en tamaño, lo que sugiere que esto ocurrió debido a un acto de equilibrio realizado por estas dos sustancias antes de que el Universo se enfriara”.
Según él la materia oscura pasaría desapercibida de un modo similar a los aviones invisibles al radar. De este modo, en frío, y con los detectores actuales, las partículas de materia oscura pasan desapercibidas. Pero si se eleva la temperatura para conseguir un plasma de matera ordinaria hasta alcanzar las condiciones del universo primitivo, entonces sí se podrían detectar.
Como los quarks de un neutrón a alta temperatura, estas partículas cargadas constituyentes interaccionan casi con cualquier cosa. Pero a baja temperatura quedan confinadas al unirse entre sí para formar una partícula compuesta neutra de materia oscura.
Pero, a diferencia del neutrón, en el que los quarks se unen gracias la fuerza nuclear fuerte y que está explicado bajo la cromodinámica cuántica, las partículas de materia oscura estarían ligadas mediante una nueva fuerza fuerte todavía sin observar. Todo esto podría ser modelado por una versión oscura de la cromodinámica cuántica.
Según Vranas “es notable que un candidato a materia oscura sea justo cientos de veces más pesado que el protón y pueda ser una partícula compuesta de varias partículas cargadas que haya evadido la detección”.
Estas partículas constituyentes de la materia oscura serían similares a los protones y no decaerían en el tiempo, pero produciría un gran número de otras partículas subatómicas ordinarias que decaerían al poco de formarse.
Estas otras partículas pueden tener carga neta, pero habrían decaído hace mucho tiempo en la escala cosmológica. Sin embargo, en un acelerador de partículas lo suficientemente potente se podrían generar estas partículas de materia oscura por primera vez desde el Big Bang. Además estas partículas producirían una señal en los detectores única al estar cargadas que se registraría muy bien.
Según Vranas, los experimentos en el LHC podrían demostrar esta nueva idea o descartarla.

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10 Comentarios

  1. lluís:

    ¿Se pueden alcanzar en el LHC las condiciones del Universo primitivo?. Aunque desde luego la idea de estos investigadores es de las que sorprenden, como sorprende lo que Vranas ( curioso apellido, lo digo por la teoría de Branas)señala sobre la evasión de la detección, considerando que esa partícula podría ser cientos de veces más pesada que el protón y además compuesta.

  2. NeoFronteras:

    El LHC ya reproduce las condiciones justo después del Big Bang. Todo depende de lo que consideremos “primitiva”. Hace tiempo se propuso usar una escala logarítmica para describir esos primeros momentos, es quizás más apropiado, porque todos los acontecimientos se arrraciman en esa fracción de segundo.

  3. lluís:

    “Justo” después del Big-Bang, siempre me ha parecido un término poco preciso, puesto que ” justo” no es ninguna medida exácta. Es por esto que me parece más apropiado, como dices, una escala logarítmica.
    – Por cierto, eso de “justo” me ha recordado un chiste sobre la eficacia, metodología y eficacia que se le se supone a la técnica alemana: ” un trabajador, montando una exposición ,bajo la supervisión de un técnico alemán, le dice a otro, oye Pepe, tira ese tablón un pelín más a la izquierda y coloca ese otro un pelín más a la derecha”. El técnico alemán que les está escuchando, se acerca a uno de ellos y le pregunta: ¿Podría usted decirme cuantos milimetros son un pelín?

  4. tomás:

    Respuesta de Pepín:
    Cero coma cero cinco milimetrines.

  5. NeoFronteras:

    Hay un par de ecuaciones que permiten estimar eso.

    La temperatura en grados kelvin t segundos tras el Big Bang es:

    T=\frac{10^{10}}{\sqrt{t}}

    Y la energía en eV:

    E=\frac{860000}{\sqrt{t}}

    Sólo hay que poner la energía y despejar el tiempo. Estos investigadores proponen partículas de 200-700 GeV.

  6. NeoFronteras:

    Lamentablemente, el truco de invocar el javascript de latex.codecogs.com
    que permite escribir fórmulas no funciona siempre, parece ser, y sólo se ve el código original cuando el servicio está caído.

    Veamos si en html pelado se ve bien:

    E = 860000
    t
  7. tomás:

    Creo que se han conseguido temperaturas de alrededor de los 4 billones de K. Esto supone, aplicando la fórmula, que sucedió 6,25 millonésimas de segundo tras el Big Bang. Pero si nos vamos a la temperatura que pudo darse una millonésima después, salen 10 billones de K. El problema que veo es que estas fórmulas nos llevan a temperaturas y energías infinitas al llegar al “momento justo”.
    Por otra parte, la energía a una millonésima después me sale tan solo 8,6 x 10^8 ¿GeV? (pongo GeV porque es lo que se nombra para esas partículas), lo que me parece una cantidad muy pequeña, pues sólo la Tierra ya recibe del Sol cerca de 2 x 1^9 YeV cada segundo, si no he calculado mal (y si ha sido así, perdóneseme).

  8. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Obviamente se trata de aproximaciones que no son válidas para t=0, pues no contamos con una teoría cuántica de gravedad que nos diga cómo fue aquello cerca del límite de Planck.
    En cuanto esa energía, no es energía total, sino la energía de la interacción típica, la “densidad” de energía o la masa de la partícula típica.
    De hecho se suele cometer una incorrección cuando se habla de masas de la partículas expresado en eV, pues lo riguroso es dividir por c2 para que tenga unidades de masa. Si hablamos de masas de partículas lo ideal es hablar de GeV/c2.

  9. lluís:

    – Esa es la cuestión, el t=o, o sea el problema de no contar con una teoría cuántica de gravedad.
    – Normalmente, creo yo, se utiliza para medir las masas de las partículas la versión M= E/c^2, las incorrecciones de expresar la masa en eV, no encuentro que sean muy frecuentes.

  10. tomás:

    Comprendido. Por eso en el cinco se dice “… proponen partículas de 200 -700 GeV.
    También el dividir por c^2 ha de ser obligado.

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