Proponen nueva partícula que vincula la materia oscura con la antimateria faltante - principal


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Físicos de Estados Unidos y Canadá, han propuesto una nueva partícula que podría resolver dos importantes misterios de la física moderna: ¿Qué es la materia oscura y por qué hay mucha más materia que antimateria en el universo?

Se espera que esta “partícula X” (no descubierta aún), se desintegre principalmente en materia normal, mientras que se espera que su antipartícula se desintegre en su mayor parte en antimateria “oculta”. El equipo propone que su existencia en universo primitivo podría explicar por qué hay más materia que antimateria en el universo, y que la materia oscura es, de hecho, antimateria oculta.

La materia oscura es una misteriosa sustancia que parece formar el 80% del material del universo. Aunque su existencia puede deducirse de su tirón gravitatorio sobre la materia normal, aún falta que los físicos la detecten directamente y, por lo tanto, no saben de qué está hecha. La antimateria, por otro lado, es fácil de crear y estudiar en el laboratorio. Sin embargo, el Modelo Estándar de la física de partículas no puede explicar por qué la antimateria es tan rara en un universo dominado por la materia, un misterio llamado asimetría bariónica.

Hipotética y oculta

Ahora, Hooman Davoudiasl, del Laboratorio Nacional Brookhaven, y sus colegas en TRIUMF y la Universidad de British Columbia, han propuesto una nueva partícula a la que han llamado X que podría resolver esos dos misterios. X tiene una masa de aproximadamente 1000 GeV, lo que la hace unas mil veces más pesada que un protón. Esta partícula puede desintegrarse en un neutrón o en dos hipotéticas partículas ocultas llamadas Y y Φ. Las dos partículas ocultas tendrían masas de unos 2–3 GeV. La antipartícula, anti-X, se desintegra en un antineutrón o en un par anti-Y y anti-Φ.

Los físicos han tratado de explicar la asimetría bariónica invocando la violación de la simetría de carga-paridad (CP), cuyo resultado es que es más probables que las partículas que se desintegran generen materia que antimateria. La violación CP se ha observado en laboratorio, pero la preferencia por la materia es demasiado pequeña para dar cuenta de la proporción de materia en el universo.

La partícula X también comete la violación CP, de una forma que el autor Kris Sigurdson, de la Universidad de British Columbia, llama un patrón “yin yang” de desintegración. Aunque X se desintegra en neutrones más a menudo que las anti-X se desintegran en antineutrones, esto se equilibra con las anti-X, que se desimtegran en anti-Y y anti-Φ más a menudo que en Y y Φ. Cuando casi todas las partículas con antipartícula se aniquilaron entre sí en el inicio del universo, estas discrepancias dejaron como resultado una parte de materia visible y una más pesada de antimateria oscura para formar el cosmos.

Buscar la desintegración del protón

El equipo también ha pensado cómo se podrían detectar las partículas anti-Y y anti-Φ. Al diferencia de las partículas masivas de interacción débil (WIMPs) —que rigen muchas teorías de la materia oscura— las anti-Y y anti-Φ no se aniquilan entre sí. Sin embargo, las antipartículas provocarían la desintegración de los protones, algo que está prohibido en el Modelo Estándar. Si alguna partícula anti-Y impacta con un protón, por ejemplo, una virtual interacción con la partícula X puede deshacer el protón, transformándolo en un kaón de carga positiva, y cambiando la partícula anti-Y en una partícula Φ.

Uno de los detectores que buscan la desintegración de los protones, tal como el Super-Kamiokande en la mina Kamioka de Japón, podría captar el kaón. Los kaones producidos de esta manera tendrían una energía mucho mayor que los generados por la desintegración de un protón que permiten otras teorías que van más allá del Modelo Estándar. Aunque se piensa que los protones son bastante reacios a este proceso de desintegración, comenta Sigurdson, “este escenario podría estar en el límite de la detectabilidad”.

“Parece un modelo muy interesante”, dice Dan Hooper del Fermilab. Aunque hay al menos tres modelos que vinculan la producción de materia oscura con la asimetría bariónica en progreso, dice que la firma de la desintegración del protón pone aparte a este escenario.

Impulsado por los experimentos

Matthew Buckley del Fermilab dice que hay un repentino interés por vincular la materia oscura con la asimetría bariónica debido a que los recientes experimentos han tratado (sin éxito) de detectar la materia oscura. Aunque los modelos WIMP dan preferencia a partículas de materia oscura con masas de alrededor de los 100 GeV, los experimentos indican que las partículas de materia oscura tienen masas cerca de 7 u 8 GeV.

Con una masa tan grande “definitivamente no es ‘como se supone que debería ver’ un WIMP”, dice Buckley. Sin embargo, la materia oscura que explica la asimetría bariónica parece estar más en línea con los resultados experimentales recientes, y es por esto que Buckley cree que merece una mayor exploración.

Este trabajo aparece en Phys. Rev. Lett. 105 211304.

Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti


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