La materia oscura 'pesada' desgarraría nuestra comprensión del universo, sugiere una nueva investigación
Debido a que aún no hemos encontrado nada, hemos comenzado a preguntarnos si la materia oscura podría ser más ligera o más pesada de lo que pensábamos.
La materia oscura no puede ser demasiado pesada o podría romper nuestro mejor modelo del universo, sugiere una nueva investigación.
Tenemos una gran evidencia de que algo sospechoso está sucediendo en el universo. Las estrellas órbitan dentro de las galaxias demasiado rápido. Las galaxias se mueven dentro de los clústeres demasiado rápido. Las estructuras crecen y evolucionan demasiado rápido. Si contamos solo el asunto que podemos ver, simplemente no hay suficiente gravedad para explicar todos estos comportamientos.
La gran mayoría de los cosmólogos creen que todos estos fenómenos pueden explicarse a través de la presencia de materia oscura, una forma hipotética de materia que es masiva, eléctricamente neutral y apenas, si alguna vez, interactúa con la materia normal. Esta materia oscura constituye la mayor parte de la masa en el universo, superando con creces la cantidad de materia luminosa.
La identidad de la materia oscura sigue siendo un misterio, ya que los experimentos diseñados para detectar una colisión rara y extraviada no han podido aparecer nada. Pero estos experimentos se han centrado en dirigirse a un rango de masa específico: aproximadamente de 10 a 1,000 voltios de electrones giga (GEV). (Un GEV es equivalente a 1 mil millones de voltios electrónicos). Eso está en el rango de las partículas más pesadas conocidas, como el bosón W y el quark superior. Durante décadas, los teóricos favorecieron este rango de masa porque varias extensiones simples del modelo estándar de física de partículas predijeron la existencia de tales partículas.
Sin embargo, debido a que aún no hemos encontrado nada, hemos comenzado a preguntarnos si la materia oscura podría ser más ligera o más pesada de lo que pensábamos. Pero la materia oscura más pesada se encuentra con algunos problemas serios, según un nuevo artículo publicado en la base de datos de preimpresión ARXIV.
El problema es que la materia oscura a veces interactúa con la materia normal, aunque rara vez. Pero en el universo temprano, cuando el cosmos era mucho más caliente y más denso, estas interacciones eran mucho más frecuentes. Finalmente, a medida que el universo se expandió y enfrió, estas interacciones se desaceleraron y luego se detuvieron, lo que llevó a la materia oscura a "congelarse" y permanecer en silencio en el fondo.
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Si bien hay muchos, muchos modelos de posibles candidatos de materia oscura, muchos interactúan con partículas regulares a través de intercambios que involucran el bosón de Higgs, una partícula fundamental que interactúa con casi todas las otras partículas y, a través de esas interacciones, imbuye esas partículas con masa.
Conocemos la masa del bosón de Higgs: alrededor de 125 Gev. Los investigadores encontraron que esta masa pone un límite superior fundamental en la posible masa de la mayoría de los candidatos de materia oscura.
El problema es que todas las interacciones en física son calles de dos vías. El Higgs habla tanto con la materia oscura como con la materia regular y, en muchos modelos, media las interacciones entre ellos. Pero ambos tipos de materia también responden a los Higgs. Estas interacciones aparecen como ligeras modificaciones a la masa del bosón de Higgs.
Para las partículas de modelo estándar, podemos calcular estas correcciones e interacciones de retroalimentación, que es cómo los teóricos predijeron la masa del bosón de Higgs mucho antes de que se detectara.
Los investigadores encontraron que si la partícula de materia oscura tuviera una masa mayor que unos pocos miles de GEV, su contribución a la masa de Higgs sería increíblemente importante, alejándola de su valor observado. Y debido a que el Higgs es tan central para determinar muchas otras físicas fundamentales, esencialmente cerraría las interacciones de partículas por completo.
Sin embargo, hay posibilidades de evitar esta restricción. Es posible que la materia oscura no interactúe con las partículas regulares, o la interacción puede ocurrir a través de algún mecanismo exótico que no involucra a los Higgs. Pero esos modelos son pocos y distantes y requieren muchos pasos ajustados y extra.
O podría ser que la materia oscura sea más clara de lo que pensábamos. Si no creemos que la materia oscura pesada sea un candidato viable, entonces a medida que continuamos aprendiendo sobre este misterioso componente del universo, en su lugar podemos centrar nuestros esfuerzos en la otra dirección. Ya ha habido un aumento de interés en los axiones, partículas ultraligeras que se predicen en algunos modelos de física de partículas y que podrían ser un candidato viable de materia oscura.
En el lado experimental, si este resultado se confirma y considera una restricción generalizada en la masa de partículas de materia oscura, podemos refinar y rediseñar nuestros experimentos para buscar partículas de baja masa, en lugar de alta masa.
Publicado originalmente en Space.com .