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Axiones y materia oscura

Área: Física — domingo, 6 de noviembre de 2016

Proponen que los axiones serían un poco más pesados de lo que inicialmente se creía y por esta razón no habrían sido detectados hasta ahora.

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Los físicos están ya desesperados por encontrar las partículas que componen la materia oscura, esa materia que compone el 85% de la masa del Universo y que no emite, refleja o tapa la luz. Hasta ahora parecía que las WIMPs podrían ser buenas candidatas, pero todos los intentos por detectarlas han sido infructuosos hasta el momento.

Ahora se empiezan a proponer otras partículas en su lugar. Uno de los posibles candidatos es el axión, una partícula hipotética cuya existencia se propuso en 1977 para explicar algunos aspectos de la Física nuclear y la simetría entre materia y antimateria (simetría CP), pero que podrían dar cuenta de la materia oscura si son abundantes.

En realidad, algunos experimentos han estado buscando el axión durante dos décadas sin éxito alguno. Así que podríamos pensar que son tan inexistentes como las WIMPs.

Ahora, un nuevo estudio apunta a que los axiones podrían ser más pesados de lo esperado y que esta sería la razón por la cual no se han detectado hasta el momento, porque los experimentos fueron diseñados para detectar axiones más ligeros.

El experimento líder de este tipo es ADMX (Axion Dark Matter eXperiment) empezó en el Lawrence Livermore National Laboratory (California) y se trasladó a la Universidad de Washington (Seattle) en 2010. Consiste en un cilindro metálico y fuertes campos magnéticos (ver foto de cabecera) para que algunos axiones logren producir fotones que puedan ser detectados en el espectro de radiofrecuencias.

Antes se creía que debía tener una masa de 5 micro electronvoltios (µeV), es decir, miles de millones de veces menos masa que el electrón, por lo que se diseñó ADMX para ser sensible en una gama de energía muy baja.

Ahora Zoltan Fodor (Universidad de Wuppertal en Alemania) y sus colaboradores han publicado unos cálculos en los que muestran que el axión podría tener una masa de entre los 50 y los 1500 µeV. Esa gama de masas corresponde a una gama de energía que queda por encima de lo que puede detectar ADMX, pues está diseñado para una gama de 0,5 µeV a 40 µeV.

Para realizar este cálculo, estos investigadores se valieron de las computadoras del centro de supercomputación Jülich en las que simularon la generación de partículas en el Big Bang cuando la temperatura de miles de billones de grados, unas diez veces más temperatura que en simulaciones previas. En esas condiciones se deberían producir axiones en abundancia que darían cuenta de la materia oscura.

Además, fueron capaces de deducir su masa bajo la premisa de que se produjeron justo después de la inflación. Si este escenario postinflación es correcto, esto significaría que ADMX no podría detectar axiones, pero, según Leslie Rosenberg se podría modificar este experimento para detectar axiones si estos tienen una masa justo en la parte baja de la horquilla propuesta por Fodor. Pero si al final la masa es superior entonces habría que diseñar otro experimento.

Una posibilidad sería el experimento que ha empezado a construirse en Daejeon (Corea del Sur), que sería sensible a masas superiores. Además, se han propuesto el experimento MADMAX en Alemania y ORPHEUS en EEUU para el mismo fin.

No es el único caso reciente en el que se echa mano de los axiones para explicar la física de la realidad. Un artículo publicado en los ArXiv por parte de Guillermo Ballesteros (Universidad de Paris-Saclay) y colaboradores propone una modificación del Modelo Estándar de partículas, al que llaman SMASH, que daría cuenta de la materia oscura, de las oscilaciones de los neutrinos, de la bariogenesis, de la inflación y del problema CP. Ahí es nada.

En este caso no se usan partículas supersimétricas, que, dicho sea de paso, no se han encontrado en el LHC, pese a que se esperaba. SMASH sólo añade al modelo Estándar tres neutrinos más, un fermión y un campo que incluye dos partículas: el axión y el inflatón.

Calculan que el axión en este caso tendría una masa de entre 50 y 200 µeV, por lo que también hay que esperar a nuevos detectores de axiones (salvo si justo es la más baja y se modifica ADMX).

La gran ventaja es que este modelo podría ser verificado experimentalmente antes de 10 años, por lo que es falsable.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5145

Fuentes y referencias:
Artículo de Fodor.
Artículo de Ballesteros.
Foto: Colaboración ADMX.

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

  1. Miguel Ángel:

    Parece muy interesante ese nuevo modelo de Guillermo Ballesteros que mataría 5 pájaros de un tiro y muy posible premio Nobel.

  2. Tomás:

    Pues a ver si hay suerte y acierta nuestro G. B. Lo deseo de todo corazón y mente, porque desentrañar la maraña formada y resolver tanto de un tiro como dice mi buen Miguel, sería más fuerte que el descarte del éter en su día.

  3. Albert:

    Otra teoría de la Gravedad para intentar cargarse la meterioa oscura:
    Emergent Gravity and the Dark Universe. Erik P. Verlinde.
    https://arxiv.org/abs/1611.02269
    El autor no es la primera vez que aparece en Neofronteras, (ver 29 de Marzo de 2010)
    Saludos.

  4. Gerardo:

    OK, como cualquiera es libre de dar su propia teoria, lanzo la mia: y si esas particulas estan en una m-brana paralela a la nuestra?

    1) pueden ser las antiparticulas “perdidas” que deberian haberse creado en el big bang (junto con la materia ordinaria) y que ahora no estan en ninguna parte.

    2) de ellas solo podemos detectar lo unico que puede detectarse entre branas: la gravedad

    Se me ocurre que durante el big bang o el periodo inflacionario las branas no estaban tan separadas o diferenciadas y eso causó que la materia eligiera una brana y la antimateria eligiera otra.

  5. lluís:

    El modelo “SMASH” un auténtica joya (ahí es nada). Parece demasiado bonito para ser verdad, pero si se puede someter a experimentación ya es algo, y si encima los experimentos verificaran todo eso y dieran cuenta incluso del por qué existe más materia que antimateria, según parece; quizá se podría empezar a pensar que la “física, está terminada sólo faltan unos pequeños detallitos a modo de nubecillas oscuras”,como aseguró en su tiempo Lord Kelvin.Aunque luego resultó que las “nubecillas oscuras” eran en realidad “auténticos nubarrones”:

    – En cuanto al “inflatón”, ¿Cuál es la partícula que incluiría?, porque sino voy equivocado el inflatón es el campo.

    – En cuanto a colocarle al Modelo Estándar, tres neutrinos más,
    un fermión (qué fermión) y un nuevo campo con dos partículas, no me parece tan poca cosa.

  6. Tomás:

    Te contradigo por la mayor, amigo Lluís: la física, como cualquier otra ciencia, nunca estará terminada.

  7. Pocosé:

    Hola a todos.
    A estos niveles de la Física me encuentro totalmente perdido, así que me conformo con lo que mi imaginación me regala:
    Me gusta imaginarlo todo como algo parecido a la proyección digital de una película en 3D. Las 3D y el movimiento solo son una ilusión producida por el colapso sucesivo de imágenes estáticas y planas y muy diferentes de lo que hay y se desarrolla en el interior del proyector, el cual además podría entre imagen e imagen proyectar otra película completa sin que pudiéramos ni siquiera detectarla.
    Para apreciar la ilusión 3D necesitamos gafas especiales, disfrutar y padecer de este nuestro “holograma” fisicoclasicorelativista es ineludible, es lo que somos.
    Saludos y o abrazos para todos.

  8. lluís:

    Amigo tomás, quizá no me exprese bien. Me limité a citar a Lord Kelvin y a decir, un poco en plan de broma, que podría pensarse que la física “está terminada”. Desde luego, ese SMASH, haría puré importantes lagunas de la física, lagunas o interregantes muy principales. Pero al igual que tú, pienso que la física nunca estará terminada, simpre surgiran nuevas preguntas, pequeños detalles, matices que mantendrán el vilo hasta el final de los tiempos.
    Aunque es bonito pensar que se pueda cumplir “el sueño de una teoría final” (Steven Weinberg, libro hermoso).

    Un abrazo, tomás.

  9. Tomás:

    Muchas gracias, querido Lluís, por ese abrazo. Te lo devuelvo de todo corazón. Ya sabes cuanto te admiro, así que no hace falta decir nada más.

  10. Tomás:

    Amigo Pocosé y yo menos: ¿Lamamos a Platón?

  11. Pocosé:

    Amigo Tomás:
    Loar a Platón, bien. Llamarlo, metafóricamente tambien. Pero …
    Evidentemente las prisas nos la juegan.
    Más abrazos.

  12. Tomás:

    Sí, sí, sutil amigo. Lamerlo, lo que se dice lamerlo…; tampoco me apetece chupar polvo diseminado por cualquiera sabe dónde. Recordémoslo como merece y basta. Pero no me pegues con el bastón de la prisa, que bastante martirizado tengo a mi buen amigo JavierL con eso.
    Aludos.

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