¿Hay dos tipos de materia oscura?

Los resultados contradictorios que se han obtenido a partir de diversos experimentos en los que se buscaba materia oscura podrían ser explicados si esta materia estuviese constituída por dos tipos de partículas, de acuerdo con físicos americanos.

La nueva teoría podría aclarar el misterio que salió a la luz en 2008, cuando el proyecto PAMELA publicó una de las pruebas más consistentes hasta el momento de detección de materia oscura -una sustancia que se cree que forma el 80% de la materia del universo. PAMELA detectó un salto en la cantidad de anti-electrones cósmicos, también conocidos como positrones, que se cree que estuvo generado por una destrucción de partículas de materia oscura. Sin embargo, no se detectó un fenómeno similar con anti-protones, que también deberían haber sido generados en la destrucción.

Pero este no es el único problema. Si la señal que detectó PAMELA era realmente una prueba de la destrucción, la materia oscura tendría unas características diferentes a toda la materia oscura detectada anteriormente de forma directa, como la  del experimento CDMS-II, en una mina de Minnesota. Sin embargo, los últimos años CDMS-II y otros experimentos de detección directa han hallado sus propios indicios de materia oscura.

Nube de antimateria

Nube de antimateria. Wikipedia.

Vagando por el “sector oculto”

Ahora, Daniel Feldman de la Universidad de Michigan y  colegas de otras universidades americanas creen que han encontrado una manera de unir ambas señales discordantes. Dicen que la materia oscura podría estar hecha de dos tipos de partículas -una partícula ‘tradicional’, que se vería en los experimentos de detección directa, y una partícula de ‘sector oculto’ (hidden sector), que explicaría la señal obtenida por PAMELA. “Creo que tenemos un primer modelo con el que podemos explicar esencialmente todos los datos que tenemos actualmente relacionados con la materia oscura”, dijo Pran Nath, unos de los coautores de Feldman que trabaja en la Universidad Northeastern en Boston.

Se cree que la materia oscura interactúa sólo a través de gravedad y una fuerza electrodébil, así que uno de los candidatos con más seguidores es la llamada Partícula Masiva Débilmente Interactiva (WIMP). Sin embargo, los últimos años, diferentes investigaciones han comenzado a mirar más allá de la hipótesis WIMP para centrarse en otras más complejas debido a los resultados dispares obtenidos en varios experimentos.

Cuando dos WIMPS se destruyen, por ejemplo, deberían producir dos bosones, que se convierten en electrones y positrones o protones y anti-protones. PAMELA, un satélite que orbita la Tierra, sólo ha podido detectar una parte del proceso -la parte electrón, positrón- lo que sugiere que o bien la señal es defectuosa o algo no anda bien en la teoría.

Pruebas liosas

Una razón que lleva a pensar que la teoría podría tener errores es debida a los datos que provienen de experimentos de detección directa, que suelen buscar el retroceso de átomos cuando WIMPs chocan con ellos. Durante años el proyecto DAMA con base en Italia ha asegurado tener pruebas de este tipo y en recientes colaboraciones con CDMS-II y CoGENT han advertido de sus descubrimientos. Pero estas señales no se corresponden con las señales WIMP que vio PAMELA -incluso, si la señal de PAMELA no fuese real, según la hipótesis WIMP estándar, los experimentos de detección directa no deberían ver nada.

La teoría de Feldman, Nath y compañía explica por qué PAMELA y los experimentos de detección directa pudieron encontrar pruebas de materia oscura. Proponen una especie de materia oscura multicomponente que está formada por dos partículas muy diferentes. Una de ellas sería el WIMP tradicional -un nuetralino, predicho en las extensiones supersimétricas del Modelo Estándar de la física de partículas. El neutralino es una partícula de “Majorana” (lo que quiere decir que es su propia anti-partícula) y produce muy poca antimateria tras su desaparición, pero podría producir señales visibles en los experimentos de detección directa.

La otra partícula sería un sector no convencional oculto de WIMP. El sector oculto es un añadido al Modelo Estándar que trata sobre partículas y fuerzas diferentes a las que hoy día se conocen. El grupo americano cree que una partícula de sector oculto de Dirac (que tiene su anti-partícula separada) podría convertirse en positrones tras su destrucción pero no en anti-protones y por tanto expicaría la señal de PAMELA.

La capacidad de comprobación es un beneficio

Joe Silk, un cosmólogo de la Universidad de Oxford, Reino Unido, cree que el estudio es uno de los muchos que han intentado explicar la discordancia en las señales de materia oscura, pero añade que su principal beneficio es que es comprobable. “Cualquier modelo del tipo estructivo que se ajuste a los datos de PAMELA debe provocar una gran cantidad de electrones de alta energía y positrones en el universo incial cuando la densidad de la materia oscura era mucho mayor que hoy”, dijo. Esto, añade, desordenaría el período temprano del universo cuando los electrones y los protones se combinaron para formar los átomos neutros de hidrógeno y, por tanto, podría aparecer como fluctuaciones en las radiaciones de fondo (CMB).

Estas dluctuaciones podrían ser demasiado pequeñas como para verlas con WMAP, el satélite que ha dado la mayoría de la información de CMB hasta la fecha. Sin embargo, el observatorio Planck, que se puso en órbita el año pasado, podrá buscar con mucho más detalle. Sólo entonces, según parece, podremos tener pistas sobre si la materia es tan compleja como dicen Feldman, Naith y sus compañeros.

La investigación está publicada en Phys. Rev. D.

Relacionadas: ¿Primeras pruebas de que la materia espejo podría llenar el Universo?Los hallazgos de materia oscura son puestos en duda al conocerse nuevos datos

Este artículo ha sido traducido de Physics World y publicado bajo licencia CC by-sa

One Response to ¿Hay dos tipos de materia oscura?

  1. me encanta
    jajaja gane un 5gracias

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