El LHC (Gran Colisionador de Hadrones) podría detectar materia oscura. Al menos eso es lo que se ha planteado, a raíz de los trabajos que se están realizando con el colisionador de partículas más grande y potente del mundo. De momento, los resultados han sido negativos…
El LHC podría detectar materia oscura… pero no será fácil
Una nueva búsqueda de materia oscura, con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) ha fracasado en su intento de obtener resultados positivos. Sin embargo, este trabajo ha permitido obtener límites importantes que ayudarán para que los futuros experimentos sean más certeros. Hay que recordar que alrededor del 28% de la composición del universo es materia oscura (el resto se reparten en un 67% de energía oscura y un 5% de materia normal). Su existencia es necesaria para explicar algunos aspectos del cosmos.
Permitiría explicar la gravedad adicional que parece existir en torno a galaxias que se encuentran dentro de cúmulos masivos de galaxias. Sin embargo, no se ha logrado identificar qué partícula compone la materia oscura. Hasta hace poco, el principal candidato era una partícula llamada WIMP. Son las siglas de Weakly Interacting Massive Particles (Partículas masivas de interacción débil). Se cree que estas partículas teóricas apenas interactúan con la materia normal. Solo interactúan con la gravedad. Las noticias para los WIMPs no han sido buenas.
El LHC no ha logrado encontrar indicios de que estas partículas puedan existir. Por lo que, ahora, muchos investigadores están buscando teorías alternativas sobre qué partícula podría ser la materia oscura. Los WIMPs, se planteaba, son partículas que no emitirían ni absorberían luz, ni interactuarían de manera fuerte con otras partículas (algo común a cualquier partícula candidata a materia oscura que se quiera plantear). Así que ahora es el momento de encontrar otros candidatos. Por suerte, hay muchos modelos diferentes.
La materia oscura puede tener muchas formas diferentes
Algunos modelos alternativos plantean que, por ejemplo, en lugar de ser una partícula de interacción débil, podría interactuar de manera fuerte con algunas partículas del Modelo Estándar. Es el marco de trabajo, de la física de partículas, que describe cada partícula conocida, así como de qué manera cada partícula interactúa con el resto (y su relación). Las partículas de materia oscura, se cree, existen más allá del Modelo Estándar. En su lugar, los modelos que predicen que existe materia oscura de interacción fuerte plantean algo distinto.
Describen una gran variedad de partículas teóricas, comenzando con los gluones y quarks oscuros. Estos serían las versiones oscuras de los quarks y los gluones (las partículas fundamentales de toda la materia que podemos observar). Un grupo de investigadores ha desarrollado un método para determinar si existen estos posibles quarks y gluones oscuros. Específicamente, quieren captarlos en las colisiones entre protones que tienen lugar en el interior del Gran Colisionador de Hadrones. Es un entorno extremo, perfecto para estas pruebas.
Cuando los protones chocan en el LHC, viajando a casi la velocidad de la luz, se descomponen en sus componentes básicos (quarks y gluones). Estos se degradan rápidamente, produciendo una cascada de partículas subatómicas con vidas muy breves. Estas cascadas de partículas denominadas jets. La idea de los investigadores es que cabe la posibilidad de que los gluones y quarks oscuros puedan degradarse y producir una cascada de partículas. Algunas serán normales y otras serán sus versiones oscuras. Esto daría como resultado lo que llaman jets semivisibles.
Los jets semivisibles para detectar materia oscura en el LHC
Así, explican que los jets se producen en pares. Si se produce un jet normal y otro semivisible, entonces las partículas oscuras se llevarían parte de esa energía. Esto provocaría un desequilibrio de energía porque las partículas oscuras no podrían ser detectadas. Los investigadores ya han realizado una búsqueda de estos desequilibrios de energía con el LHC. Lo han hecho en el marco del experimento ATLAS. El reto es que, si se produce un pequeño fallo en la lectura de dos jets normales, se podría creer estar observando otra cosa.
Podría parecer el desequilibrio provocado por un jet semivisible. Así que los datos de ATLAS tendrían que ser analizados de una manera muy cuidadosa. En última instancia, no han logrado encontrar señales de que estos jets semivisibles hayan surgido en las colisiones del LHC. No quiere decir, sin embargo, que no existan. Los resultados de ATLAS, que han publicado en un estudio, permiten establecer un límite superior para la propiedad de estas partículas oscuras. Esto permitirá refinar las búsquedas que se realicen en el futuro.
La detección de materia oscura es uno de los grandes objetivos de la física moderna. Eso abriría las puertas a su estudio y a poder entender mejor su impacto. Por ahora, sin embargo, todo se sigue moviendo en un marco teórico. Hay muchos modelos sobre cómo podría ser la materia oscura y, aunque algunos quedan invalidados tarde o temprano, siempre salen otros. Es un campo que está en constante movimiento. En los próximos años, quién sabe, quizá por fin llegue la ansiada detección, ya sea con el LHC o alguna otra herramienta.
Estudio
El estudio es The Atlas Collaboration; «Search for non-resonant production of semi-visible jets using Run 2 data in ATLAS». Publicado en la revista Physics Letters B el 11 de noviembre de 2023. Puede consultarse en este enlace.
Referencias: Space
