Como sugiere su nombre, la materia oscura, material que constituye aproximadamente el 85% de la masa del universo, no emite luz, lo que elude la detección fácil. Sus propiedades también permanecen bastante oscuras.
Ahora, un físico teórico de partículas de la Universidad de California, Riverside, y sus colegas han publicado un artículo de investigación en Revista de física de altas energías que muestra cómo las teorías que postulan la existencia de un nuevo tipo de fuerza podrían ayudar a explicar las propiedades de la materia oscura.
"Vivimos en un océano de materia oscura, pero sabemos muy poco sobre lo que podría ser", dijo Flip Tanedo, profesor asistente de física y astronomía y autor principal del artículo. "Es uno de los más desconcertantes que se conocendesconocidos en la naturaleza. Sabemos que existe, pero no sabemos cómo buscarlo o por qué no ha aparecido donde lo esperábamos ".
Los físicos han utilizado telescopios, experimentos subterráneos gigantes y colisionadores para aprender más sobre la materia oscura durante los últimos 30 años, aunque no se ha materializado ninguna evidencia positiva. Sin embargo, la evidencia negativa ha obligado a físicos teóricos como Tanedo a pensar de manera más creativa sobre lo quela materia oscura podría ser.
La nueva investigación, que propone la existencia de una dimensión extra en el espacio-tiempo para buscar materia oscura, es parte de un programa de investigación en curso en UC Riverside dirigido por Tanedo. Según esta teoría, algunas de las partículas de materia oscurano se comportan como partículas. En efecto, las partículas invisibles interactúan con partículas aún más invisibles de tal manera que estas últimas dejan de comportarse como partículas.
"El objetivo de mi programa de investigación durante los últimos dos años es extender la idea de que la materia oscura 'habla' con las fuerzas oscuras", dijo Tanedo. "Durante la última década, los físicos han llegado a apreciar que, además de la oscuridadmateria, las fuerzas oscuras ocultas pueden gobernar las interacciones de la materia oscura. Estas podrían reescribir por completo las reglas sobre cómo se debe buscar la materia oscura ".
Si dos partículas de materia oscura son atraídas o repelidas entre sí, entonces las fuerzas oscuras están operando. Tanedo explicó que las fuerzas oscuras se describen matemáticamente mediante una teoría con dimensiones adicionales y aparecen como un continuo de partículas que podrían resolver acertijos.visto en pequeñas galaxias.
"Nuestro programa de investigación en curso en la UCR es una generalización adicional de la propuesta de la fuerza oscura", dijo. "Nuestro universo observado tiene tres dimensiones del espacio. Proponemos que puede haber una cuarta dimensión que solo las fuerzas oscuras conocen.La dimensión adicional puede explicar por qué la materia oscura se ha escondido tan bien de nuestros intentos de estudiarla en un laboratorio ".
Tanedo explicó que aunque las dimensiones adicionales pueden parecer una idea exótica, en realidad son un truco matemático para describir las "teorías de campo conforme", teorías tridimensionales ordinarias que son altamente mecánicas cuánticas. Este tipo de teorías son matemáticamente ricas, perono contienen partículas convencionales y, por lo tanto, generalmente no se consideran relevantes para describir la naturaleza. La equivalencia matemática entre estas desafiantes teorías tridimensionales y una teoría extradimensional más manejable se conoce como el principio holográfico.
"Dado que estas teorías de campo conforme eran intratables e inusuales, en realidad no se habían aplicado sistemáticamente a la materia oscura", agregó Tanedo. "En lugar de usar ese lenguaje, trabajamos con la teoría holográfica extradimensional".
La característica clave de la teoría extradimensional es que la fuerza entre las partículas de materia oscura es descrita por un número infinito de partículas diferentes con diferentes masas llamadas continuum. En contraste, las fuerzas ordinarias se describen por un solo tipo de partícula con unmasa fija. Esta clase de sectores oscuros continuos es emocionante para Tanedo porque hace algo "fresco y diferente".
Según Tanedo, el trabajo anterior sobre los sectores oscuros se centra principalmente en teorías que imitan el comportamiento de las partículas visibles. Su programa de investigación está explorando los tipos más extremos de teorías que la mayoría de los físicos de partículas encontraron menos interesantes, tal vez porque no existen análogos en la realidad.mundo.
En la teoría de Tanedo, la fuerza entre las partículas de materia oscura es sorprendentemente diferente de las fuerzas que siente la materia ordinaria.
"Para la fuerza gravitacional o fuerza eléctrica que enseño en mi curso de introducción a la física, cuando se duplica la distancia entre dos partículas se reduce la fuerza en un factor de cuatro. Una fuerza continua, por otro lado, se reduce en unfactor de hasta ocho. "
¿Qué implicaciones tiene esta fuerza oscura extra dimensional? Dado que la materia ordinaria puede no interactuar con esta fuerza oscura, Tanedo recurrió a la idea de la materia oscura que interactúa con sí misma, una idea iniciada por Hai-Bo Yu, profesor asociado de física yastronomía en la UCR que no es coautor del artículo. Yu demostró que incluso en ausencia de interacciones con la materia normal, los efectos de estas fuerzas oscuras podrían observarse indirectamente en las galaxias esferoidales enanas. El equipo de Tanedo descubrió que la fuerza continua puede reproducir lamovimientos estelares observados.
"Nuestro modelo va más allá y hace que sea más fácil que el modelo de materia oscura autointeractiva explicar el origen cósmico de la materia oscura", dijo Tanedo.
A continuación, el equipo de Tanedo explorará una versión continua del modelo del "fotón oscuro".
"Es una imagen más realista para una fuerza oscura", dijo Tanedo. Los fotones oscuros se han estudiado con gran detalle, pero nuestro marco extradimensional tiene algunas sorpresas. También veremos la cosmología de las fuerzas oscuras y lafísica de los agujeros negros. "
Tanedo ha estado trabajando diligentemente para identificar "puntos ciegos" en la búsqueda de materia oscura de su equipo.
"Mi programa de investigación apunta a una de las suposiciones que hacemos sobre la física de partículas: que la interacción de partículas está bien descrita por el intercambio de más partículas", dijo. "Si bien eso es cierto para la materia ordinaria, no hay razón parasuponga eso para la materia oscura. Sus interacciones podrían describirse mediante un continuo de partículas intercambiadas en lugar de simplemente intercambiar un solo tipo de partícula de fuerza ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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