La materia oscura no puede ser demasiado pesada o podría romper nuestro mejor modelo del universo, sugiere una nueva investigación.
Tenemos abundante evidencia de que algo sospechoso está sucediendo en el universo. Las estrellas orbitan dentro de las galaxias demasiado rápido. Las galaxias se mueven dentro de los cúmulos demasiado rápido. Las estructuras crecen y evolucionan demasiado rápido. Si contamos sólo lo que podemos ver, simplemente no hay suficiente gravedad para explicar todos estos comportamientos.
La gran mayoría de los cosmólogos creen que todos estos fenómenos pueden explicarse mediante la presencia de materia oscurauna forma hipotética de materia que es masiva, eléctricamente neutra y que rara vez interactúa con la materia normal. Esta materia oscura constituye la mayor parte de la masa del universo, superando con creces la cantidad de materia luminosa.
La identidad de la materia oscura sigue siendo un misterio, ya que los experimentos diseñados para detectar una rara colisión perdida no han logrado revelar nada. Pero estos experimentos se han centrado en apuntar a un rango de masa específico: aproximadamente de 10 a 1.000 gigaelectrones voltios (GeV). (Un GeV equivale a mil millones de electronvoltios). Eso está en el rango de las partículas más pesadas conocidas, como el bosón W y el quark top. Durante décadas, los teóricos favorecieron este rango de masa porque varias extensiones simples del Modelo estándar de la física de partículas predijo la existencia de tales partículas.
Sin embargo, como todavía no hemos encontrado nada, empezamos a preguntarnos si la materia oscura podría ser más ligera o más pesada de lo que pensábamos. Pero la materia oscura, más pesada, se enfrenta a algunos problemas graves, según un nuevo estudio. papel publicado en la base de datos de preimpresión arXiv.
El problema es que La materia oscura a veces interactúa con la materia normal.aunque sólo sea en raras ocasiones. Pero en el universo primitivo, cuando el cosmos era mucho más caliente y denso, estas interacciones eran mucho más frecuentes. Finalmente, a medida que el universo se expandió y enfrió, estas interacciones disminuyeron y luego se detuvieron, lo que llevó a que la materia oscura se «congelara» y permaneciera silenciosa en el fondo.
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Si bien existen muchísimos modelos de posibles candidatos a materia oscura, muchos interactúan con partículas regulares a través de intercambios que involucran la bosón de Higgs – una partícula fundamental que interactúa con casi todas las demás partículas y, a través de esas interacciones, les da masa.
Conocemos la masa del bosón de Higgs: alrededor de 125 GeV. Los investigadores descubrieron que esta masa pone un límite superior fundamental a la posible masa de la mayoría de los candidatos a materia oscura.
El problema es que todas las interacciones en física son calles de doble sentido. El Higgs se comunica tanto con la materia oscura como con la materia regular y, en muchos modelos, media en las interacciones entre ellas. Pero ambos tipos de materia también responden al Higgs. Estas interacciones aparecen como ligeras modificaciones en la masa del bosón de Higgs.
Para las partículas del modelo estándar, podemos calcular estas correcciones e interacciones de retroalimentación, que es como los teóricos predijeron la masa del bosón de Higgs mucho antes de que fuera detectado.
Los investigadores descubrieron que si la partícula de materia oscura tuviera una masa superior a unos pocos miles de GeV, su contribución a la masa del Higgs sería increíblemente importante, alejándola de su valor observado. Y debido a que el Higgs es tan central para determinar muchas otras físicas fundamentales, esencialmente cerraría por completo las interacciones entre partículas.
Sin embargo, existen posibilidades de sortear esta restricción. Es posible que la materia oscura no interactúe en absoluto con partículas regulares, o que la interacción se produzca a través de algún mecanismo exótico que no involucre al Higgs. Pero esos modelos son pocos y requieren muchos ajustes y pasos adicionales.
O podría ser que la materia oscura sea más ligera de lo que pensábamos. Si no creemos que la materia oscura pesada sea un candidato viable, entonces, a medida que sigamos aprendiendo sobre este misterioso componente del universo, podremos centrar nuestros esfuerzos en la otra dirección. Ya ha habido un gran interés en los axiones, partículas ultraligeras que se predicen en algunos modelos de física de partículas y que podrían ser un candidato viable a materia oscura.
Desde el punto de vista experimental, si este resultado se confirma y se considera una restricción generalizada sobre la masa de las partículas de materia oscura, podremos refinar y rediseñar nuestros experimentos para buscar partículas de baja masa, en lugar de partículas de gran masa.
Publicado originalmente en espacio.com.
