Una partícula teórica que se adapta a su entorno podría explicar la expansión acelerada de nuestro universo.
Symmetry Magazine
Artwork by Sandbox Studio, Chicago
Por Sarah Charley, para Symmetry Magazine Noviembre 3 de 2016
Nuestro universo crece un poco más cada día. El espacio vacío se está expandiendo, barriendo galaxias cada vez más separadas. Incluso la luz de las estrellas que atraviesa esta nada hinchada se estira como una goma elástica.
La evidencia astronómica para la expansión acelerada del universo es abrumadora. Pero, ¿qué está empujando al universo?
Los físicos de partículas se esfuerzan por responder preguntas del tamaño de un cósmico como este usando las leyes más fundamentales de la naturaleza. Pero esta consulta particular los tiene en un aprieto porque es diferente a cualquier otra cosa.
"Si entendemos correctamente la gravedad, hay otra sustancia en el universo que compone aproximadamente dos tercios de la densidad total de energía y que se comporta de forma totalmente diferente a la materia normal", dice la teórica Amol Upadhye, postdoctorado en la Universidad de Wisconsin. , Madison. "Así que el gran misterio es, ¿qué es esto?"
Este material es energía oscura, pero además de su ostensible efecto de empuje en el cosmos, los científicos saben muy poco más. Sin embargo, los teóricos como Upadhye sospechan que si realmente hay algo que causa que el espacio vacío se expanda, hay una gran probabilidad de que produzca una partícula. Pero para encajar con la observación cosmológica, una partícula de energía oscura requeriría una serie de propiedades desconcertantes. Por un lado, tendría que comportarse como un camaleón, es decir, tendría que modificar sus propiedades en función de su entorno.
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Camaleón cósmico: vienes y vas
En las profundidades del espacio vacío, una partícula de camaleón puede ser casi sin masa, lo que minimiza su atracción gravitatoria a otras partículas. Pero aquí en la Tierra (y en cualquier otra región del espacio densamente poblada), el camaleón debería aumentar a una masa mucho más grande. Esto limitaría su capacidad de interactuar fácilmente con la materia común y la haría casi invisible para la mayoría de los detectores.
"Si la materia fuera la música, entonces la materia ordinaria sería como las teclas de un piano", dice Upadhye. "Cada partícula tiene una masa discreta, al igual que cada tecla de piano reproduce una sola nota. Pero las partículas de camaleón serían como la diapositiva en un trombón y capaces de cambiar sus tonos en función de la cantidad de ruido de fondo ".
Además de una masa deslizante, los camaleones necesitarían ejercer una presión negativa. Clásicamente, la presión es la fuerza que ejercen las partículas en su contenedor. Cuando el contenedor está hecho de materia (como el caucho de un globo), se expande a medida que aumenta la presión interna y vuelve a la normalidad cuando la presión disminuye. Pero cuando el contenedor está hecho de nada, es decir, el contenedor es el propio espacio-tiempo, ocurre el efecto inverso. Por ejemplo, cuando un globo de cumpleaños se llena de aire, el espacio vacío circundante se contrae ligeramente. Pero a medida que el globo libera aire y la presión disminuye, el espacio vuelve a la normalidad.
Todas las partículas conocidas contraen espacio a medida que su presión aumenta y relaja el espacio a medida que su presión se aproxima a cero. Pero para expandir realmente el espacio, una partícula necesitaría ejercer una presión negativa, una idea que es totalmente extraña en nuestro mundo físico macroscópico pero no imposible en una escala subatómica.
"Esta fue en realidad la idea de Einstein", dice Upadhye. "Si pones una sustancia con presión negativa en las ecuaciones de la relatividad general, obtienes esta expansión acelerada del universo".
Una partícula de desplazamiento de masa y expansión espacial sería diferente a cualquier otra cosa en física. Pero los físicos tienen la esperanza de que si tal partícula existe, sería abundante tanto en las profundidades del espacio y aquí en nuestro propio sistema solar.
Varios experimentos han buscado indirectamente partículas de camaleón al monitorear de cerca las propiedades de la materia ordinaria y buscar cualquier efecto similar al camaleón. Pero el Telescopio Solar Axion CERN, o el experimento CAST, espera atrapar camaleones directamente ya que irradian del sol.
"El sol es nuestra mayor fuente de partículas", dice Konstantin Zioutas, el portavoz del experimento CAST. "Si los camaleones existen, entonces podrían producirse copiosamente en el sol".
El experimento CAST es un telescopio especializado que busca partículas extrañas y exóticas que emanan del sol y del universo temprano. Zioutas y sus colegas recientemente instalaron una lupa especial dentro de CAST que recoge y enfoca las partículas en una membrana altamente sensible suspendida en una cavidad electromagnética resonante. Su esperanza es que si las partículas de camaleón existen y son producidas por el sol, verán la muy pequeña presión que debería ejercer el flujo de estas partículas, ya que se reflejan en la membrana cuando el sol está a la vista.
Hasta el momento no han visto nada inesperado, pero las nuevas actualizaciones de este invierno harán que su experimento sea aún más sensible tanto a los camaleones solares como a otros fenómenos exóticos de cósmicas.
"El misterio de la energía oscura es el mayor desafío en física, y nada de lo que entendemos actualmente puede explicarlo", dice Zioutas. "Necesitamos mirar lo exótico de la exótica para encontrar posibles soluciones".
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