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Un portal para conectar axiones y fotones oscuros


Los físicos teóricos han presentado una nueva hipótesis que apunta a conectar el mundo de la física visible con las fuerzas ocultas del Universo: ¿Qué pasa si hay un portal que cierra la brecha entre el modelo estándar y la materia oscura y la energía oscura?

La idea es que la razón por la que luchamos por entender fenómenos como la materia oscura y la energía oscura no es porque no existan, es porque hemos sido ajenos a un portal a través del cual las partículas regulares y estas "partículas oscuras" interactúan. Según los físicos teóricos, esto es algo que podría ser probado experimentalmente.

La idea de los portales en el Universo puede sonar bastante difícil de comprender para algunos, pero dejemos claro que estamos hablando de portales en la escala cuántica; no es un portal que se podría atravesar con una especie de nave espacial.

No es la primera vez que se explora este tipo de portales en el mundo de la física teórica. El concepto existe porque hay una gran brecha en la física, entre lo que se puede denominar "física visible" (cosas que podemos medir y detectar directamente, como el electromagnetismo y los fotones) y "física oscura", que se compone de fenómenos que podemos sentir sus efectos, pero no podemos interactuar con estos, como la materia oscura y la energía oscura.

Los portales son nuestro intento de explicar cómo estos dos mundos aparentemente separados interactúan para formar el Universo en el que vivimos.

El lado visible de la física depende de 17 tipos de partículas catalogadas que conforman el Modelo Estándar, incluidos los electrones, los fotones y el bosón de Higgs.

Pero desafortunadamente, el modelo estándar no puede explicar todo lo que vemos que sucede en el Universo. De manera crucial, no puede explicar la gravedad o la velocidad de expansión del Universo.

Esto ha llevado a la propuesta de las fuerzas hipotéticas de la materia oscura y la energía oscura, que se prevé que constituyen el 95 por ciento del Universo. Solo hay un problema: nadie ha podido ver o detectar ninguna de estas fuerzas.

Se ha sugerido que podría haber ocultas, partículas oscuras que forman la materia oscura y energía oscura, que nuestras herramientas son incapaces de detectar, y es algo en lo que experimentos como el Gran Colisionador de Hadrones están trabajando, aplastando partículas regulares con la esperanza de encontrar algo de este material oscuro en los restos.

Pero hasta ahora, el mundo de la física oscura nos ha eludido. Y eso deja una gran brecha que los investigadores están ansiosos por llenar para completar nuestra comprensión del Universo.


El portal de axión oscuro

Se ha propuesto una solución potencial. Según un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto de Ciencias Básicas en Corea del Sur, la brecha podría ser superada por un nuevo tipo de portal, conocido como "portal de axión oscuro".

El axión es una partícula subatómica. En cosmología, el axión se considera un buen candidato para resolver el problema de la materia oscura. También se especula con la posibilidad de que, bajo determinadas circunstancias, los fotones puedan convertirse temporalmente en axiones, lo que explicaría por qué los fotones de alta energía pueden atravesar largas distancias por el universo sin ser absorbidos por la radiación de fondo.

Los portales entre los universos oscuros y visibles de la física son algo que los físicos teóricos están investigando, pero hasta ahora, solo se han presentado dos tipos de portales: portales vectoriales y portales de axiones.

Estos portales se basan en dos partículas hipotéticas del sector oscuro que, según los investigadores, podrían existir: el axión y el fotón oscuro.

Se cree que un axión es una partícula muy ligera que se ha propuesto para resolver algunos de los problemas teóricos con el modelo estándar. El fotón oscuro es como una versión oscura de los fotones: partículas de luz visible.

Pero en lugar de interactuar con la carga electromagnética como los fotones regulares, los fotones oscuros se podrían acoplar a la llamada carga oscura, que podría ser transportada por otras partículas del sector de la física oscura.

En el pasado, los portales de axión y vector se han utilizado experimentalmente para tratar de encontrar evidencia de estas dos partículas, pero el equipo sugiere que su portal de axión oscuro podría ser la pieza faltante del rompecabezas.

La idea básica detrás del nuevo portal es que podría existir un tipo de quark pesado en el modelo estándar que también tiene una carga oscura, lo que significaría que podrían unirse a fotones oscuros. El equipo de científicos sugiere que a través de este pesado quark, los axiones, los fotones y los fotones oscuros pueden interactuar.

"El portal de Axión oscuro sugiere la primera conexión significativa entre las dos físicas, que se han estudiado por separado: conecta los puntos", dijo el investigador principal, Lee Hye-Sung.

"Esto permitirá la reinterpretación de los datos anteriores y, potencialmente, hará un gran avance en las búsquedas de axiones y fotones oscuros".

Es una idea bastante audaz, pero no tendremos una noción de qué tan buena es la teoría hasta que se ponga a prueba. Los científicos seguirán exponiendo estas ideas para luego ponerlas a prueba y ver si podemos sacar algo positivo que nos ayude a tener un mayor entendimiento de la naturaleza de nuestro Universo. Hasta que podamos encontrar una manera de detectar el lado oscuro de la física, solo estaremos viendo una fracción de la imagen definitiva del Universo.

Referencia del documento científico:
Kunio Kaneta et al. Portal de conexión de fotones oscuros y axiones. Physical Review Letters 118, 101802 - DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.101802

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