Viaje al sector oscuro

Un mundo oculto de partículas te espera. Obra de Sandbox Studio, Chicago con Ana Kova Por Sarah Charley, para Symmetry Magazine Enero 16 de 2018 No necesitamos dimensiones extra o universos paralelos para tener una realidad alternativa superpuesta sobre la nuestra. La materia invisible está en todas partes. Por ejemplo, tome neutrinos generados por el sol, dice Jessie Shelton, una teórica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign que trabaja en física del sector oscuro. "Estamos constantemente bombardeados con neutrinos, pero pasan directamente a través de nosotros. Comparten el mismo espacio que nuestros átomos pero casi nunca interactúan ". Por lo que los científicos pueden decir, los neutrinos son partículas solitarias. Pero, ¿y si hay un mundo entero de partículas que interactúan entre sí pero no con átomos ordinarios? Esta es la idea detrás del sector oscuro: un mundo teórico de la materia que existe junto con el nuestro pero invisible a los detectores que usamos para estudiar las partículas que conocemos. "Los sectores oscuros son, por definición, construidos a partir de partículas que no interactúan fuertemente con el Modelo Estándar", dice Shelton. El Modelo Estándar es la guía de campo de un físico para las 17 partículas y fuerzas que componen toda la materia visible. Explica cómo se pueden formar los átomos y por qué brilla el sol. Pero no puede explicar la gravedad, el desequilibrio cósmico de la materia y la antimateria o las fuerzas dispares de las cuatro fuerzas de la naturaleza. Por sí solo, un mundo invisible de partículas del sector oscuro no puede resolver todos estos problemas. Pero ciertamente ayuda. Obra de Sandbox Studio, Chicago con Ana Kova El principal punto de venta para el sector oscuro es que las teorías se enfrentan de manera integral al problema de la materia oscura. La materia oscura es un término que los físicos acuñaron para explicar extraños efectos gravitacionales que observan en el cosmos. La luz estelar distante parece doblarse alrededor de objetos invisibles a medida que atraviesa el cosmos, y las galaxias giran como si tuvieran cinco veces más masa de lo que su materia visible puede explicar. Incluso la luz antigua preservada en el fondo cósmico de microondas parece sugerir que hay un andamio invisible sobre el que se forman las galaxias. Algunas teorías sugieren que la materia oscura es un simple residuo cósmico que agrega masa, pero poco más, a la complejidad de nuestro cosmos. Pero después de décadas de búsqueda, los físicos aún tienen que encontrar la materia oscura en un experimento de laboratorio. Tal vez la razón por la cual los científicos no pudieron detectarlo es que lo han estado subestimando. "No hay ninguna razón en particular para esperar que lo que esté sucediendo en el sector oscuro tenga que ser tan simple como nuestros modelos más mínimos", dijo Shelton. "Después de todo, sabemos que nuestro mundo visible tiene mucha física rica: fotones, electrones, protones, núcleos y neutrinos son críticamente importantes para comprender la cosmología de cómo llegamos aquí. El sector oscuro también podría ser un lugar concurrido ". Según Shelton, la materia oscura podría ser la única partícula sobreviviente de un conjunto similarmente complicado de partículas oscuras. "Incluso podría ser algo así como el protón, un estado ligado de partículas que interactúan a través de una fuerza oscura muy fuerte. O podría ser algo así como un átomo de hidrógeno, un estado ligado de partículas que interactúan a través de una fuerza oscura más débil ", dijo ella. Incluso si los experimentos terrestres no pueden ver directamente estas partículas estables de materia oscura, podrían ser sensibles a otros tipos de partículas oscuras, como fotones oscuros o partículas oscuras de vida corta que interactúan fuertemente con el bosón de Higgs. "El Higgs es una de las formas más fáciles para que las partículas del Modelo Estándar hablen con el sector oscuro", dice Shelton. Por lo que saben los científicos, el bosón de Higgs no es quisquilloso. Puede muy bien interactuar todo tipo de partículas masivas, incluidas aquellas invisibles para los átomos ordinarios. Si el bosón de Higgs interactúa con partículas masivas del sector oscuro, los científicos deberían descubrir que sus propiedades se desvían ligeramente de las predicciones del Modelo estándar. Los científicos del Gran Colisionador de Hadrones están midiendo con precisión las propiedades del bosón de Higgs para buscar caprichos inesperados que podrían abrir una puerta de entrada a la nueva física. Al mismo tiempo, los científicos también están utilizando el LHC para buscar partículas del sector oscuro directamente. Una teoría es que a temperaturas extremadamente altas, la materia oscura y la materia ordinaria no son tan diferentes y pueden transformarse entre sí a través de una fuerza oscura. En el temprano y denso universo temprano, esto habría sido bastante común. "Pero a medida que el universo se expandió y se enfrió, esta interacción se congeló, dejando algo de materia oscura reliquia atrás", dijo Shelton. Las colisiones de partículas energéticas generadas por el LHC imitan las condiciones que existieron en el universo temprano y podrían desbloquear partículas del sector oscuro. Si los científicos tienen suerte, incluso podrían capturar partículas del sector oscuro que se metamorfosean en la materia ordinaria, un evento que podría materializarse en los datos experimentales como pistas de partículas que aparecen de repente sin una fuente aparente. Pero también hay varios escenarios posibles en los que cualquier interacción entre el sector oscuro y nuestras partículas del Modelo Estándar es tan pequeña que están fuera del alcance de los experimentos modernos, según Shelton. "Estos escenarios de 'pesadilla' son posibilidades completamente lógicas, y en este caso, tendremos que pensar con mucho cuidado sobre las formas astrofísicas y cosmológicas para buscar las huellas de la física de partículas oscuras", dice. Incluso si el sector oscuro es inaccesible para los detectores de partículas, la materia oscura siempre será visible a través de la huella digital gravitacional que deja en el cosmos. "La gravedad nos dice mucho sobre la cantidad de materia oscura en el universo y los tipos de interacciones de partículas que pueden y no pueden tener las partículas del sector oscuro", dijo Shelton. "Por ejemplo, experimentos de ondas gravitacionales más sensibles nos darán la posibilidad de mirar hacia atrás en el tiempo y ver cómo se veía nuestro universo a energías extremadamente altas, y quizás revelar más acerca de esta materia invisible que vive en nuestro cosmos". With a little help from Google Translate for Business