Una sustancia invisible impregna el universo, alterando los caminos de las estrellas y galaxias.
Esta llamada materia oscura ejerce una atracción gravitacional, pero nunca interactúa con la luz. Nadie sabe de qué está hecho y ha sido imposible de detectar hasta ahora. Pero una nueva teoría finalmente podría proporcionar una forma de evaluar la materia oscura.
La materia oscura podría estar formada por medio imanes extraños, dijeron físicos teóricos de la Universidad de California, Davis, en una presentación el 6 de junio en la conferencia Planck 2019 en Granada, España. Y al encender un microscopio electrónico realmente potente (hasta ahora inexistente), finalmente podremos detectarlos.
Pero no todos los físicos están convencidos.
"Creo que está bien, pero no es muy prometedor", dijo Sabine Hossenfelder, investigadora del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt, que no formó parte del estudio. "Hay infinitas partículas que puedes inventar que pueden formar materia oscura". Este es solo otro de ellos, agregó.
"Para cada una de estas partículas puedes hacer muchos cálculos, publicar artículos y pensar experimentos, para los cuales luego puedes intentar obtener financiación", dijo. "Si eres realmente afortunado, alguien hará tu experimento, que luego no encontrará nada".
La búsqueda de la materia oscura.
Aunque las teorías predicen que existe la materia oscura, no tenemos idea de cómo se ve o de qué está hecha. Durante un tiempo, hubo "una hermosa historia" de que la materia oscura estaba compuesta por una bestia tímida y pesada de una partícula conocida como Partícula Masiva de Interacción Débil, o WIMP, dijo el coautor del nuevo estudio, John Terning, un profesor de física en la Universidad de California, Davis.
Durante años, los científicos buscaron estas partículas lentas y sin carga utilizando potentes aceleradores de partículas. Pero a medida que pasaba el tiempo, los físicos descartaron más y más candidatos WIMP, y la idea popular perdió tracción. Aunque no se descarta por completo, "durante los últimos 10 años, la gente ha estado pensando en otras posibilidades además de los WIMP", dijo Terning.
Otra teoría propone que la materia oscura está compuesta de partículas de luz o fotones.
"Además de los fotones ordinarios que podemos ver, podría haber algunos fotones que no podemos ver", dijo Terning. Estos llamados "fotones oscuros" son partículas hipotéticas que tienen masa, pero son más ligeras que los electrones. Los fotones oscuros interactuarían, aunque de forma bastante débil, con los fotones normales.
En este nuevo estudio, Terning y su investigador postdoctoral Christopher Verhaaren se basaron en esta teoría, proponiendo que la materia oscura también podría estar compuesta de medios imanes oscuros. Estos hipotéticos medios imanes serían versiones oscuras de los monopolos o imanes de larga búsqueda. que solo tienen un polo único, que el físico Paul Dirac propuso por primera vez en la década de 1930. (A pesar de décadas de caza, nadie ha encontrado evidencia de ellos en la naturaleza todavía).
Sin embargo, Dirac no solo propuso monopolos; También propuso que un electrón que se mueve alrededor de un monopolo estaría influenciado por su campo magnético. Entonces, si la teoría de Terning y Verhaaren es correcta, y las versiones oscuras de estos medios imanes acechan en algún lugar del universo, y si esos medios imanes oscuros actúan como el monopolo de Dirac, también dejarían pistas sutiles en los caminos de los electrones.
Si existen monopolos oscuros, emitirían fotones oscuros que pueden transformarse en fotones regulares antes de ser absorbidos por los electrones, dijo Terning. Esta interacción provocaría que los electrones giren o cambien de rumbo solo un poco, produciendo un patrón de interferencia llamado efecto Aharonov-Bohm. (Los electrones no son solo partículas, también son ondas, y un patrón de interferencia es lo que aparece cuando los picos y valles en la "ecuación de onda" del electrón se suman o se cancelan entre sí, creando una serie de luces paralelas y líneas oscuras.) Terning y Verhaaren proponen que podrían detectar este cambio muy leve en los patrones de interferencia de electrones utilizando microscopios electrónicos.
Emocionado por el sol
Si existe materia oscura, está en nosotros y a nuestro alrededor, incluso dentro y alrededor de cualquier microscopio de haz de electrones que usaríamos para detectarlo. Pero para detectar la materia oscura a través de su perturbación de electrones, los extraños medios imanes que forman la materia oscura necesitarían tener un campo magnético lo suficientemente fuerte. Eso significa que estos medios imanes tendrían que tener mucha energía.
Los monopolos que pasan cerca del sol podrían excitarse, ganar más energía y luego descender a la Tierra, dijo Terning. Él predice que alrededor de cinco de estos monopolos excitados al día pasarían por algo del tamaño de su microscopio de haz de electrones propuesto. "Eso no está mal porque los detectores WIMP habituales estarían contentos si tuvieran cinco eventos por año", dijo.
Además, el cambio en la fase electrónica causado por los medios imanes oscuros sería tan pequeño que, para detectarlo, necesitaríamos microscopios de haz de electrones increíblemente de alta resolución; los que existen actualmente probablemente no sean lo suficientemente potentes . Este microscopio electrónico necesitaría una resolución cinco veces mayor que las que existen actualmente, dijo Terning.
En cualquier caso, esperamos "hacer que estas personas con los microscopios electrónicos súper elegantes se interesen en buscar esto" o "podríamos tener que construir otro solo para sentarnos y esperar la materia oscura", dijo Terning.
Dijo que las diversas teorías competitivas de la materia oscura nos contarían historias completamente diferentes sobre cómo se formó el universo primitivo. Además, una vez que descubres de qué está hecha la materia oscura, ya sea partículas ligeras o pesadas, las personas podrían crear fábricas de materia oscura, de algún tipo, aquí en la Tierra. "Si hay mucha luz, no necesitas mucha energía para producir tu propia materia oscura".
Los científicos publicaron su estudio en la revista de preimpresión arXiv. Todavía no ha sido revisado por pares.
