Actualmente, uno de los más fuertes candidatos para materia oscura está débilmente interactúando con partículas masivas o WIMPS, aunque hasta ahora esta partícula hipotética todavía no ha sido directamente detectada. Ahora en un nuevo estudio, los físicos han propuesto que la materia oscura no es un WIMP, y además, no es cualquier partícula que hasta ahora se sepa o se teorizó que existe.
Esta imagen muestra el racimo de la galaxia Abell 1689, con la distribución en masa de la materia oscura en el lente gravitatorio sobrepuesto (en púrpura). La masa en este objetivo se compone en parte de la materia normal (bariónica) y en parte de la materia oscura. Crédito: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) y J.-P. Kneib (LAM).
Por el contrario, los físicos sostienen que la materia oscura está hecha de partículas de uno de los muchos "sectores ocultos" que se cree que existen fuera del "sector visible" que abarca nuestro mundo visible. El equipo de investigadores, Bobby Acharya, Sebastian Ellis, Gordon Kane, Brent Nelson y Malcolm Perry, de instituciones en el Reino Unido, Italia y Estados Unidos, ha publicado su estudio en un número reciente de Physical Review Letters.
Los sectores ocultos son llamado así porque las partículas en estos sectores no sienten la fuerte y electrodébil fuerzas como los de la del sector visible, que reduce en gran medida su interacción con el sector visible. Así que podrían ser partículas del sector oculto que nos rodea — solo que en la actualidad no tenemos forma para detectarlos.
En el escenario propuesto, la materia oscura consiste en partículas en el sector oculto que se comunican a través de un portal del sector oculto en el sector visible y de esta manera ejercen los efectos gravitatorios que los científicos han observado durante mucho tiempo.
Y esta idea puede sonar descabellada, ocultos los sectores portales han sido componentes de la teoría de cuerdas y teoría M, dos teorías que intentan explicar la física de partículas en su nivel más fundamental.
El principal sostén de la nueva demanda se reduce a una cuestión de estabilidad. En general, partículas más pesadas se decaen en partículas más ligeras. Por lo que las partículas más ligeras, siendo más estables, son mucho más probables candidatas para materia oscura. Aquí es de donde viene el apoyo para los WIMPs, los WIMPs son la partícula supersimétrica más ligera y por lo tanto, hasta ahora, considerada como estable.
Sin embargo, se cree que existen aproximadamente 100 sectores ocultos , pero sólo un sector visible, los científicos argumentan en el nuevo estudio que algún sector oculto probablemente contiene una partícula que es incluso más ligera que los WIMPs.
Los científicos muestran que los WIMPs teóricamente podrían decaer en una o más partículas más ligeras en el sector oculto, que podrían decaer de vuelta en partículas aún más ligeras del sector oculto. Por lo que la partícula supersimétrica más ligera en el sector visible sería estable lo suficiente como para ser oscura materia. En cambio, según este argumento, algunas partículas de sector oculto actualmente desconocido sería un candidato mucho más probable de la materia oscura.
"La mayor importancia de nuestro trabajo es que obliga a los teóricos a replantear el paradigma de lo que se llama materia oscura WIMP", Ellis, un físico de la Universidad de Michigan, dijo "Los WIMPs han sido los candidatos más populares de lo que constituye la materia oscura por más de 30 años. Un WIMP es una partícula como el Higgs o Z-boson que son eléctricamente neutras, las partículas pesadas que participan en las interacciones nucleares débiles, pero a diferencia del Higgs o Z-boson, la materia oscura WIMP sería estable en escalas cosmológicas. La materia oscura WIMP más comúnmente ha sido discutida en el contexto de supersimetría (SUSY).
"Durante 30 años, los teóricos han pensado que en los modelos SUSY, la más ligera partícula SUSY era un candidato de buena materia oscura debido a su estabilidad. Sin embargo, en nuestro trabajo nos argumentan que si se toma el modelo estándar de física de partículas como que reside en una mayor, el marco de la teoría de cuerdas, luego los WIMPs supersimétricos son probablemente no un buen candidato de materia oscura, porque demostramos que son típicamente inestables.
"El paisaje de la cadena abarca a un gran número de teorías de bajo consumo de energía posible. Sin embargo, encontramos que casi todo el paisaje exhibe esta característica de inestabilidad WIMP. Esta conclusión significa que si hemos de pensar seriamente en incorporar nuestro universo visible en una teoría de cuerdas, tenemos que considerar seriamente la posibilidad natural de que la materia oscura reside en un sector oculto, o nos vemos obligados en una esquina muy atípica del paisaje de la cadena".
Si la materia oscura resulta ser una partícula del sector oculto, explicaría por qué los WIMPs han sido tan difíciles de detectar en el colisionador de partículas. Para detectar a un WIMP, los científicos tendrán que modificar su búsqueda y buscar en diferentes lugares.
"Si la materia oscura viene de un sector oculto, plantea un problema serio de cómo detectar, otros a través de sus interacciones gravitacionales,", dijo Ellis. "La Teoría de cuerdas/M puede proporcionar portales supuestos que conectan estos sectores ocultos a nuestro sector visible, así potencialmente lidera la búsqueda principal de materia oscura en un sector oculto. También, si la materia oscura está 'comprobada' experimentalmente que está en un sector oculto, encajaría muy naturalmente con modelos típicos del universo que se presentan en la teoría M de cuerdas."
En el futuro, los científicos planean investigar la firma exacta de un WIMP que decae en una partícula del sector oculto, que sería guía de experimentos futuros.
"Actualmente estamos terminando un documento de seguimiento donde consideramos construcciones típicas del sector oculto de la teoría M de cuerdas, que podrían dar buenos candidatos para materia oscura,", dijo Ellis. "Lo más importante, nos encontramos que hay tales candidatos. La firma típica de estas construcciones es que cuando se producen partículas SUSY en un Colisionador, la WIMPs decaerán rápidamente en el sector oculto y otras partículas visibles. Por lo tanto uno esperaría la firma típica de Hadrones para SUSY, es decir, falta de energía, pero acompañado de más partículas que en un caso típico de SUSY."
Esta imagen muestra el racimo de la galaxia Abell 1689, con la distribución en masa de la materia oscura en el lente gravitatorio sobrepuesto (en púrpura). La masa en este objetivo se compone en parte de la materia normal (bariónica) y en parte de la materia oscura. Crédito: NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) y J.-P. Kneib (LAM).
Por el contrario, los físicos sostienen que la materia oscura está hecha de partículas de uno de los muchos "sectores ocultos" que se cree que existen fuera del "sector visible" que abarca nuestro mundo visible. El equipo de investigadores, Bobby Acharya, Sebastian Ellis, Gordon Kane, Brent Nelson y Malcolm Perry, de instituciones en el Reino Unido, Italia y Estados Unidos, ha publicado su estudio en un número reciente de Physical Review Letters.
Los sectores ocultos son llamado así porque las partículas en estos sectores no sienten la fuerte y electrodébil fuerzas como los de la del sector visible, que reduce en gran medida su interacción con el sector visible. Así que podrían ser partículas del sector oculto que nos rodea — solo que en la actualidad no tenemos forma para detectarlos.
En el escenario propuesto, la materia oscura consiste en partículas en el sector oculto que se comunican a través de un portal del sector oculto en el sector visible y de esta manera ejercen los efectos gravitatorios que los científicos han observado durante mucho tiempo.
Y esta idea puede sonar descabellada, ocultos los sectores portales han sido componentes de la teoría de cuerdas y teoría M, dos teorías que intentan explicar la física de partículas en su nivel más fundamental.
El principal sostén de la nueva demanda se reduce a una cuestión de estabilidad. En general, partículas más pesadas se decaen en partículas más ligeras. Por lo que las partículas más ligeras, siendo más estables, son mucho más probables candidatas para materia oscura. Aquí es de donde viene el apoyo para los WIMPs, los WIMPs son la partícula supersimétrica más ligera y por lo tanto, hasta ahora, considerada como estable.
Sin embargo, se cree que existen aproximadamente 100 sectores ocultos , pero sólo un sector visible, los científicos argumentan en el nuevo estudio que algún sector oculto probablemente contiene una partícula que es incluso más ligera que los WIMPs.
Los científicos muestran que los WIMPs teóricamente podrían decaer en una o más partículas más ligeras en el sector oculto, que podrían decaer de vuelta en partículas aún más ligeras del sector oculto. Por lo que la partícula supersimétrica más ligera en el sector visible sería estable lo suficiente como para ser oscura materia. En cambio, según este argumento, algunas partículas de sector oculto actualmente desconocido sería un candidato mucho más probable de la materia oscura.
"La mayor importancia de nuestro trabajo es que obliga a los teóricos a replantear el paradigma de lo que se llama materia oscura WIMP", Ellis, un físico de la Universidad de Michigan, dijo "Los WIMPs han sido los candidatos más populares de lo que constituye la materia oscura por más de 30 años. Un WIMP es una partícula como el Higgs o Z-boson que son eléctricamente neutras, las partículas pesadas que participan en las interacciones nucleares débiles, pero a diferencia del Higgs o Z-boson, la materia oscura WIMP sería estable en escalas cosmológicas. La materia oscura WIMP más comúnmente ha sido discutida en el contexto de supersimetría (SUSY).
"Durante 30 años, los teóricos han pensado que en los modelos SUSY, la más ligera partícula SUSY era un candidato de buena materia oscura debido a su estabilidad. Sin embargo, en nuestro trabajo nos argumentan que si se toma el modelo estándar de física de partículas como que reside en una mayor, el marco de la teoría de cuerdas, luego los WIMPs supersimétricos son probablemente no un buen candidato de materia oscura, porque demostramos que son típicamente inestables.
"El paisaje de la cadena abarca a un gran número de teorías de bajo consumo de energía posible. Sin embargo, encontramos que casi todo el paisaje exhibe esta característica de inestabilidad WIMP. Esta conclusión significa que si hemos de pensar seriamente en incorporar nuestro universo visible en una teoría de cuerdas, tenemos que considerar seriamente la posibilidad natural de que la materia oscura reside en un sector oculto, o nos vemos obligados en una esquina muy atípica del paisaje de la cadena".
Si la materia oscura resulta ser una partícula del sector oculto, explicaría por qué los WIMPs han sido tan difíciles de detectar en el colisionador de partículas. Para detectar a un WIMP, los científicos tendrán que modificar su búsqueda y buscar en diferentes lugares.
"Si la materia oscura viene de un sector oculto, plantea un problema serio de cómo detectar, otros a través de sus interacciones gravitacionales,", dijo Ellis. "La Teoría de cuerdas/M puede proporcionar portales supuestos que conectan estos sectores ocultos a nuestro sector visible, así potencialmente lidera la búsqueda principal de materia oscura en un sector oculto. También, si la materia oscura está 'comprobada' experimentalmente que está en un sector oculto, encajaría muy naturalmente con modelos típicos del universo que se presentan en la teoría M de cuerdas."
En el futuro, los científicos planean investigar la firma exacta de un WIMP que decae en una partícula del sector oculto, que sería guía de experimentos futuros.
"Actualmente estamos terminando un documento de seguimiento donde consideramos construcciones típicas del sector oculto de la teoría M de cuerdas, que podrían dar buenos candidatos para materia oscura,", dijo Ellis. "Lo más importante, nos encontramos que hay tales candidatos. La firma típica de estas construcciones es que cuando se producen partículas SUSY en un Colisionador, la WIMPs decaerán rápidamente en el sector oculto y otras partículas visibles. Por lo tanto uno esperaría la firma típica de Hadrones para SUSY, es decir, falta de energía, pero acompañado de más partículas que en un caso típico de SUSY."
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