El misterio de la materia oscura desvelado con un nuevo modelo

Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un nuevo modelo llamado HYPER que finalmente podría revelar las enigmáticas propiedades de la materia oscura.

El equipo, integrado por Robert McGehee y Aaron Pierce de la Universidad de Michigan y Gilly Elor de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, fue pionero en el modelo de materia oscura HYPER (HighlY Interactive Particle Relics).

El modelo HYPER sugiere que después de que se formó la materia oscura en el Universo primitivo, la fuerza de su interacción con la materia normal aumenta considerablemente, lo que la hace potencialmente detectable hoy y puede explicar su abundancia.

El estudio, ‘Optimización de la detección directa con materia oscura reliquia de partículas altamente interactivas‘, se publica en Cartas de exploración física.

¿Por qué es tan difícil detectar la materia oscura?

La materia oscura es uno de los mayores misterios de la física moderna. Sabemos que debe existir, porque sin él no se puede explicar el movimiento de las galaxias, y ningún experimento hasta la fecha ha sido capaz de detectarlo.

Actualmente existen diversas propuestas de nuevos experimentos destinados a detectarlo directamente por su difusión a partir de los constituyentes de los núcleos atómicos de un medio de detección, como son los protones y los neutrones. Sin embargo, el nuevo modelo HYPER del equipo puede presentar el método más prometedor hasta el momento.

Los esfuerzos actuales para identificar partículas pesadas de materia oscura, conocidas como WIMPS, han fracasado. Por esta razón, los científicos han estado buscando partículas alternativas, incluidas partículas más ligeras. Además, se esperan transiciones de fase en el sector oscuro, ya que hay varias en el sector claro, pero estas han sido despreciadas en estudios previos.

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Elor comentó: “No ha habido un modelo consistente para el rango de masa al que algunos experimentos planeados esperan acceder. Sin embargo, nuestro modelo HYPER ilustra que una transición de fase en realidad puede ayudar a que la materia oscura sea más fácilmente detectable.

La dificultad para un modelo adecuado es que si la materia oscura interactúa con demasiada fuerza con la materia normal, su cantidad formada en el Universo primitivo sería demasiado baja, lo que contradiría las observaciones astrofísicas. Sin embargo, si se produce en buena cantidad, la interacción sería demasiado débil para ser detectada con los experimentos actuales.

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McGehee explicó: «Nuestra idea central, que subyace en el modelo HYPER, es que la interacción cambia abruptamente una vez, para que podamos tener lo mejor de ambos mundos: la cantidad correcta de materia oscura y una gran interacción para que podamos detectarlo.

¿Cómo funciona el modelo HYPER?

En la física de partículas, las interacciones están mediadas por una partícula mediadora específica, y lo mismo ocurre en la interacción entre la materia oscura y la materia normal. Tanto la formación como la detección de materia oscura funcionan a través de este mediador, y la fuerza de la interacción aumenta con su masa.

Primero, el mediador debe ser lo suficientemente pesado para formar la cantidad correcta de materia oscura y luego lo suficientemente ligero para detectar la materia oscura. El equipo descubrió una transición de fase después de que se formara la materia oscura, en la que la masa del mediador disminuyó repentinamente.

Pierce dijo: «Así, por un lado, la cantidad de materia oscura se mantiene constante y, por otro lado, la interacción se estimula o mejora de tal manera que debería ser directamente detectable».

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Inicialmente, el equipo consideró la sección transversal máxima de la interacción mediada por mediadores con protones y neutrones de un núcleo atómico para alinearse con las observaciones astrológicas y algunas desintegraciones de la física de partículas. Luego examinaron si había un modelo que demostrara esta interacción.

McGehee agregó: “Se nos ocurrió la idea de la transición de fase. Luego calculamos la cantidad de materia oscura que existe en el Universo y luego simulamos la transición de fase usando nuestros cálculos.

Elor concluyó: “El modelo HYPER de materia oscura puede cubrir casi todo el rango que los nuevos experimentos hacen accesible. Nous devons systématiquement considérer et inclure de très nombreux scénarios, par exemple en nous posant la question de savoir s’il est vraiment certain que notre médiateur ne conduise pas soudainement à la formation de nouvelle matière noire, ce qui bien sûr ne doit pas l’ estar. Pero al final, estábamos convencidos de que nuestro modelo HYPER funcionaba.

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