La búsqueda intensiva en todo el mundo de materia oscura, la masa faltante en el universo, hasta ahora no ha podido encontrar una gran cantidad de estrellas oscuras, masivas o escamas de nuevas partículas extrañas que interactúan débilmente, pero un nuevo candidato está ganando lentamente seguidores y observaciones.apoyo.
llamados SIMPs - partículas masivas que interactúan fuertemente - fueron propuestos hace tres años por la Universidad de California, el físico teórico de Berkeley Hitoshi Murayama, profesor de física y director del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo Kavli IPMU en Japón, y el ex postdoc UC Berkeley Yonit Hochberg, ahora en la Universidad Hebrea de Israel.
Murayama dice que las observaciones recientes de una acumulación galáctica cercana podrían ser evidencia de la existencia de SIMP, y anticipa que los futuros experimentos de física de partículas descubrirán uno de ellos.
Murayama discutió sus últimas ideas teóricas sobre SIMPs y cómo las galaxias colisionantes apoyan la teoría en una charla invitada el 4 de diciembre en el 29º Simposio de Texas sobre Astrofísica Relativista en Ciudad del Cabo, Sudáfrica.
Los astrónomos han calculado que la materia oscura, aunque invisible, constituye aproximadamente el 85 por ciento de la masa del universo. La evidencia más sólida de su existencia es el movimiento de las estrellas dentro de las galaxias: sin una gota invisible de materia oscura, las galaxias se volarían aparteEn algunas galaxias, las estrellas visibles son tan raras que la materia oscura constituye el 99.9 por ciento de la masa de la galaxia.
Los teóricos primero pensaron que esta materia invisible era normal, demasiado oscura para verla: estrellas fallidas llamadas enanas marrones, estrellas quemadas o agujeros negros. Sin embargo, los llamados objetos de halo compactos masivos - MACHO - escaparon al descubrimiento, y antesEste año, un estudio de la galaxia de Andrómeda realizado por el Telescopio Subaru básicamente descartó cualquier población significativa de agujeros negros no descubiertos. Los investigadores buscaron agujeros negros que quedaron del universo primitivo, los llamados agujeros negros primordiales, buscando brillos repentinos producidoscuando pasan frente a las estrellas de fondo y actúan como una lente débil. Encontraron exactamente una, muy pocas para contribuir significativamente a la masa de la galaxia.
"Ese estudio prácticamente eliminó la posibilidad de MACHO; yo diría que ya no está", dijo Murayama.
WIMPs - partículas masivas que interactúan débilmente - no les ha ido mejor, a pesar de ser el foco de atención de los investigadores durante varias décadas. Deben ser relativamente grandes, aproximadamente 100 veces más pesadas que el protón, e interactuar tan raramente con unootro que se denominan interacciones "débilmente". Se pensaba que interactuaban con más frecuencia con la materia normal a través de la gravedad, ayudando a atraer la materia normal a grupos que crecen en galaxias y eventualmente generan estrellas.
los SIMP interactúan consigo mismos, pero no con otros
Los SIMP, como los WIMP y los MACHO, en teoría se habrían producido en grandes cantidades al principio de la historia del universo y desde entonces se habrían enfriado a la temperatura cósmica promedio. Pero a diferencia de los WIMP, los SIMP están teorizados para interactuar fuertemente con ellos mismos a través de la gravedad pero muydébilmente con la materia normal. Una posibilidad propuesta por Murayama es que un SIMP es una nueva combinación de quarks, que son los componentes fundamentales de partículas como el protón y el neutrón, llamados bariones. Mientras que los protones y los neutrones están compuestos por tres quarks, un SIMP seríaser más como un pión al contener solo dos: un quark y un antiquark.
El SIMP sería más pequeño que un WIMP, con un tamaño o sección transversal como la de un núcleo atómico, lo que implica que hay más de ellos que los WIMP. Los números más grandes significarían eso, a pesar de su débil interacción con la materia normal- principalmente al dispersarse, en lugar de fusionarse o descomponerse en la materia normal, aún dejarían una huella digital en la materia normal, dijo Murayama.
Ve una huella digital en cuatro galaxias en colisión dentro del cúmulo Abell 3827, donde, sorprendentemente, la materia oscura parece estar rezagada con respecto a la materia visible. Esto podría explicarse, dijo, por las interacciones entre la materia oscura en cada galaxia queralentiza la fusión de la materia oscura pero no la de la materia normal, básicamente las estrellas.
"Una forma de entender por qué la materia oscura está rezagada detrás de la materia luminosa es que las partículas de materia oscura en realidad tienen un tamaño finito, se dispersan una contra la otra, de modo que cuando quieren moverse hacia el resto del sistema son empujadas hacia atrás", Dijo Murayama." Esto explicaría la observación. Ese es el tipo de cosas predichas por mi teoría de que la materia oscura es un estado limitado de nuevos tipos de quarks ".
Los SIMP también superan una falla importante de la teoría WIMP: la capacidad de explicar la distribución de la materia oscura en las galaxias pequeñas.
"Ha habido este antiguo rompecabezas: si miras las galaxias enanas, que son muy pequeñas con pocas estrellas, están realmente dominadas por la materia oscura. Y si pasas por simulaciones numéricas de cómo la materia oscura se agrupa, siemprepredicen que hay una gran concentración hacia el centro. Una cúspide ", dijo Murayama." Pero las observaciones parecen sugerir que la concentración es más plana: un núcleo en lugar de una cúspide. El problema núcleo / cúspide se ha considerado uno de los principales problemas conmateria oscura que no interactúa sino por gravedad, pero si la materia oscura tiene un tamaño finito, como un SIMP, las partículas pueden "chocar" y dispersarse, y eso realmente aplanaría el perfil de masa hacia el centro.es otra pieza de 'evidencia' para este tipo de idea teórica "
Búsquedas continuas de WIMP y axiones
Se están planificando experimentos en tierra para buscar SIMP, principalmente en aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN en Ginebra, donde los físicos siempre están buscando partículas desconocidas que se ajusten a nuevas predicciones. Otro experimento en el planeador Colisionador Lineal Internacional en Japóntambién podría usarse para buscar SIMP.
Mientras Murayama y sus colegas refinan la teoría de los SIMP y buscan formas de encontrarlos, la búsqueda de WIMP continúa. El experimento de la materia oscura del Gran Xenón Subterráneo LUX en una mina subterránea en Dakota del Sur ha establecido límites estrictos sobre quéWIMP puede parecer, y un experimento mejorado llamado LZ empujará esos límites aún más. Daniel McKinsey, profesor de física de UC Berkeley, es uno de los co-portavoces de este experimento, trabajando en estrecha colaboración con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, donde Murayama es uncientífico senior de la facultad.
Los físicos también están buscando otros candidatos para la materia oscura que no sean WIMP. La facultad de UC Berkeley está involucrada en dos experimentos en busca de una partícula hipotética llamada axión, que puede cumplir con los requisitos para la materia oscura. El experimento de la precesión de giro del eje cósmico CASPEr, dirigido por Dmitry Budker, profesor emérito de física que ahora se encuentra en la Universidad de Mainz en Alemania, y el teórico Surjeet Rajendran, profesor de física de UC Berkeley, planea buscar perturbaciones en el espín nuclear causadas por un campo de axiones.Karl van Bibber, profesor de ingeniería nuclear, desempeña un papel clave en el Axion Dark Matter eXperiment - High Frequency ADMX-HF, que busca detectar axiones dentro de una cavidad de microondas dentro de un campo magnético fuerte a medida que se convierten en fotones.
"Por supuesto que no deberíamos abandonar la búsqueda de WIMP", dijo Murayama, "pero los límites experimentales se están volviendo muy, muy importantes. Una vez que llegue al nivel de medición, donde estaremos en el futuro cercano, incluso los neutrinosterminan siendo el trasfondo del experimento, que es inimaginable "
Los neutrinos interactúan tan raramente con la materia normal que se estima que 100 trillones vuelan a través de nuestros cuerpos cada segundo sin que nos demos cuenta, algo que los hace extremadamente difíciles de detectar.
"El consenso de la comunidad es un poco, no sabemos qué tan lejos debemos llegar, pero al menos tenemos que llegar a este nivel", agregó. "Pero debido a que definitivamente no hay signos de que aparezcan WIMP,la gente está empezando a pensar más ampliamente en estos días. Detengámonos y pensemos en ello nuevamente "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cita esta página :