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Físicos teóricos proponen Monopolos Oscuros para detectar materia oscura


El profesor John Terning y el doctor Christopher Verhaaren de la Universidad de California en Davis, tienen un nuevo candidato para detectar materia oscura; un monopolo magnético oscuro como posible forma de detectar dicha materia.

La materia oscura es la sustancia misteriosa que constituye aproximadamente una cuarta parte del universo. Los físicos sospechan que la materia oscura está hecha de partículas invisibles que ni reflejan ni absorben la luz, pero que son capaces de ejercer gravedad.

Experimentos en todo el mundo intentan detectar y estudiar tales partículas oscuras. Los principales candidatos incluyen las partículas masivas de interacción débil (WIMPs, por sus siglas en inglés) y las partículas subatómicas llamadas axiones.

"Todavía no sabemos qué es la materia oscura. El candidato principal durante mucho tiempo fue el WIMP, pero parece que eso está casi completamente descartado", dijo el profesor Terning.

Una alternativa al modelo WIMP de materia oscura requiere una forma de "electromagnetismo oscuro" que incluya "fotones oscuros" y otras partículas. Los fotones oscuros tendrían alguna forma de acoplamiento débil con los fotones regulares.

Monopolo Magnético Oscuro
El profesor Terning y el Dr. Verhaaren le dan un giro revolucionario a esta idea: un Monopolo Magnético Oscuro que interactúa con el Fotón Oscuro.

En el mundo macroscópico, los imanes siempre tienen dos polos, norte y sur. Un monopolo es una partícula que actúa como un extremo de un imán, o más concretamente aún; es una partícula que tiene únicamente un polo magnético (norte o sur). Teóricamente, nada impediría la existencia del monopolo magnético; incluso, su existencia se hace necesaria en algunas teorías del origen del Universo. Hasta hace poco todos los intentos de crear un monopolo magnético en aceleradores de partículas habían fracasado.6​ Sin embargo recientes experimentos llevados a cabo por un equipo del Amherst College (EE.UU.) y la Universidad de Aalto (Finlandia) han dado lugar a la creación en laboratorio del primer monopolo magnético sintético del mundo.

“Los monopolos oscuros estarían interactuando con los fotones oscuros y los electrones oscuros de la misma manera que la teoría predice que los electrones y los fotones interactúan con los monopolos. Y eso implica una forma de detectar estas partículas oscuras”, dijeron los investigadores.

En 1931, el físico teórico Paul Dirac predijo que un electrón que se moviera en un círculo cerca de un monopolo captaría un cambio de fase en su función de onda.

Debido a que los electrones existen como partículas y como ondas en la teoría cuántica, el mismo electrón podría pasar a ambos lados del monopolo y, como resultado, estaría ligeramente desfasado en el otro lado.

Este patrón de interferencia, llamado Efecto Aharonov-Bohm, significa que un electrón que pasa alrededor de un campo magnético está influenciado por el campo, incluso si no pasa a través del mismo campo.

Conclusiones
"Podríamos detectar un monopolo oscuro debido a la forma en que cambia la fase de los electrones, a medida que pasan a través de este", dijeron los científicos.

“En teoría, las partículas de materia oscura se transmiten a través de nosotros todo el tiempo. Para ser detectables en nuestro modelo, los monopolos tendrían que ser excitados por el sol. Luego tardarían aproximadamente un mes en llegar a la Tierra, viajando a una milésima parte de la velocidad de la luz", dijo el profesor Terning.

Crédito de la imagen: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.

Referencia del documento científico:
John Terning y Christopher B. Verhaaren. 2019. Detectando materia oscura con Aharonov-Bohm. arXiv: 1906.00014

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