Un nuevo modelo de materia oscura, denominado HYPER, intenta explicar su abundancia en el presente y, también, como podría ser detectable. El trabajo se suma a una larga lista de estudios que han intentado encontrar la partícula responsable de, aproximadamente, el 27% de la composición del universo.
HYPER es un nuevo modelo de materia oscura… y no será el último
La materia oscura es uno de los grandes misterios de la física moderna. Su existencia está fuera de toda duda, gracias al estudio del universo. Sin ella, por ejemplo, no es posible explicar el movimiento de las galaxias. Sin embargo, nunca ha sido posible detectar materia oscura en un experimento. En la actualidad hay multitud de propuestas sobre nuevos experimentos que puedan lograr la detección. El objetivo, generalmente, es detectar la materia oscura directamente al interactuar en un conjunto de condiciones bien definidas.
Ahora, un equipo de investigadores ha planteado un nuevo candidato para la materia oscura. Lo denominan HYPER, por HighlY Interactive ParticlE Relics (Reliquias de partículas altamente interactivas). En el modelo HYPER, en algún momento tras la formación de la materia oscura, en las primeras etapas del universo, la fuerza de su interacción con la materia normal aumentó de manera abrupta. Esto es interesante porque permitiría que se pueda detectar en la actualidad. Además, también explicaría por qué es algo tan abundante.
Una de las vías de investigación más conocidas es la búsqueda de partículas pesadas de materia oscura. También conocidas como WIMPs. Por ahora, no ha dado frutos. De ahí que la comunidad científica esté buscando partículas alternativas, especialmente más ligeras. Al mismo tiempo, explican los autores del estudio, se puede suponer que habrá transiciones de fase (cambios de un estado a otro) en el mundo de la materia oscura, del mismo modo que sucede en el mundo visible. Sin embargo, en estudios anteriores es algo que no se ha explorado.
Un modelo diferente
A esto añaden que no ha habido un modelo consistente de materia oscura, para el rango de masa que se sugiere en algunos de los experimentos propuestos. El modelo HYPER, cuentan los investigadores, explica que una transición de fase podría ayudar a que la materia oscura sea más fácil de detectar. Sin embargo, es un reto dar con un modelo adecuado. Si la materia oscura interactúa con demasiada intensidad con la materia normal, entonces la cantidad formada en las primeras etapas del universo sería demasiado pequeña. No encajaría con las observaciones.
Sin embargo, si se produjese la cantidad apropiada, la interacción sería demasiado débil para que se pueda detectar materia oscura en los experimentos que se llevan a cabo hoy en día. Así que lo que plantean con HYPER, este nuevo modelo de materia oscura, es que quizá se pueda tener lo mejor de ambos casos. La cantidad correcta de materia oscura y una interacción grande que quizá se pueda detectar. ¿Cómo lo plantean? En física de partículas, las interacciones están mediadas por una partícula específica (llamada mediador).
La fuerza de la interacción dependerá de su masa. Cuanta más masa tenga, más débil será la interacción. El mediador debe ser suficientemente masivo como para que se forme la suficiente cantidad de materia oscura. Después, debe ser suficientemente ligero para que sea detectable. Así que la solución es plantear que hubo una transición de fase después de que se formase la materia oscura. Esto provocó que la masa de esa partícula adicional, el mediador, se redujese repentinamente. Así, es posible cumplir con ambos requisitos.
El nuevo modelo de materia oscura cubre muchos aspectos de experimentos planteados
El modelo HYPER, explican, es capaz de cubrir casi todo lo que plantean los nuevos experimentos. El equipo de investigadores se ha enfrentado a diferentes escenarios en busca de encontrar una respuesta satisfactoria. La materia oscura presente en el cosmos debe ser constante. El mediador que sugieren, además, no debe ser capaz de provocar la formación de nueva materia oscura (o el escenario anterior se rompe). Además, debe encajar con los aspectos conocidos del funcionamiento del universo y, por supuesto, de la física.
En realidad, lo interesante es que nos encontramos ante otro trabajo que busca, una vez más, intentar dar con la respuesta a uno de los grandes misterios de la física moderna. La materia oscura es una parte indispensable del universo. Su presencia es obligatoria para poder explicar lo que observamos. Así que, de manera indirecta, hay pocas dudas de que realmente exista. Si bien es cierto que hay modelos, planteados desde hace ya algunos años, donde lo que se intenta es, precisamente, descartar la necesidad de tener materia oscura.
Por ello, la llegada de nuevos modelos de materia oscura siempre resulta interesante. En ocasiones plantean enfoques nuevos sobre hipótesis ya planteadas. A veces, lo que sugieren es algo completamente diferente, como sucede en el caso de HYPER. Al final, el objetivo es el mismo, se busca ahondar en el conocimiento del cosmos, y su funcionamiento, para poder entenderlo mejor. La materia oscura es unas cinco veces más abundante que la materia normal. Y sin embargo, de momento sigue siendo una gran desconocida…
Estudio
El estudio es G. Elor, R. McGehee y A. Pierce; «Maximizing Direct Detection with Highly Interactive Particle Relic Dark Matter». Publicado en la revista Physical Review Letters el 20 de enero de 2023. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
