Una nueva teoría sugiere que la materia oscura puede ser un refugio cósmico extradimensional

Materia oscurala escurridiza sustancia que representa la mayor parte de la masa del Universo, podría estar compuesta de partículas masivas llamadas gravitones que aparecieron por primera vez en el primer momento después de la Big Bang.

Y estas partículas hipotéticas podrían ser refugiados cósmicos de dimensiones extra, sugiere una nueva teoría.

Los cálculos de los investigadores sugieren que estas partículas pueden haber sido creadas en las cantidades adecuadas para explicar materia oscuraque solo puede ser «visto» a través de su atracción gravitacional sobre la materia ordinaria.

«Los gravitones masivos son producidos por las colisiones de partículas ordinarias en el Universo primitivo.

Se creía que este proceso era demasiado raro para que los gravitones masivos fueran candidatos a la materia oscura «, dijo a WordsSideKick.com el coautor del estudio, Giacomo Cacciapaglia, físico de la Universidad de Lyon en Francia.

Pero en un nuevo estudio publicado en febrero en la revista Cartas de revisión físicaCacciapaglia, junto con los físicos de la Universidad de Corea Haiying Cai y Seung J. Lee, descubrieron que se producirían suficientes gravitones en el Universo primitivo para explicar toda la materia oscura que detectamos actualmente en el Universo.

Los gravitones, si existieran, tendrían una masa de menos de 1 megaelectronvoltio (MeV), por lo que no más del doble de la masa de un electrón, según el estudio.

Este nivel de masa está muy por debajo de la escala en la que el bosón de Higgs genera masa para la materia ordinaria, que es la clave del modelo para producir suficiente para dar cuenta de toda la materia oscura del Universo. (A modo de comparación, la partícula más ligera conocida, la neutrinopesa menos de 2 electronvoltios, mientras que un protón pesa alrededor de 940 MeV, según Instituto Nacional de Normas y Tecnología.)

El equipo encontró estos gravitones hipotéticos mientras buscaba evidencia de dimensiones adicionales, que algunos físicos sospechan que existen junto con las tres dimensiones observadas del espacio y la cuarta dimensión. tiempo.

En la teoría de equipos, cuando gravedad se propaga a través de dimensiones extra, se materializa en nuestro Universo como gravitones masivos.

Pero estas partículas interactuarían solo débilmente con la materia ordinaria y solo a través de la fuerza de la gravedad.

Esta descripción es inquietantemente similar a lo que sabemos de la materia oscura, que no interactúa con la luz pero tiene una influencia gravitacional que se siente en todo el Universo. Esta influencia gravitatoria, por ejemplo, es lo que impide que las galaxias se separen.

«La principal ventaja de los gravitones masivos como partículas de materia oscura es que solo interactúan gravitacionalmente, por lo que pueden escapar de los intentos de detectar su presencia», dijo Cacciapaglia.

En contraste, otros candidatos de materia oscura propuestos, como partículas masivas de interacción débil, axiones y neutrinos – también podrían ser percibidos por sus interacciones muy sutiles con otras fuerzas y campos.

El hecho de que los gravitones masivos apenas interactúen por gravedad con otras partículas y fuerzas en el Universo ofrece otra ventaja.

«Debido a sus interacciones muy débiles, se descomponen tan lentamente que permanecen estables durante toda la vida del Universo», dijo Cacciapaglia, «Por la misma razón, se producen lentamente durante la expansión del Universo y se acumulan allí hasta hoy».

En el pasado, los físicos pensaban que los gravitones eran candidatos poco probables para la materia oscura porque los procesos que los crean son extremadamente raros. Como resultado, los gravitones se crearían a velocidades mucho más lentas que otras partículas.

Pero el equipo descubrió que en el picosegundo (la trillonésima parte de un segundo) después de la Big Bangse habrían creado más de estos gravitones de lo que sugerían las teorías anteriores.

Esta mejora fue suficiente para que los gravitones masivos explicaran completamente la cantidad de materia oscura que detectamos en el Universo, encontró el estudio.

«La mejora fue un shock», dijo Cacciapaglia. «Tuvimos que realizar muchas comprobaciones para asegurarnos de que el resultado fuera correcto, ya que da como resultado un cambio de paradigma en la forma en que vemos a los gravitones masivos como posibles candidatos a materia oscura».

A medida que se forman gravitones masivos por debajo de la escala de energía de la bosón de Higgsestán libres de las incertidumbres asociadas con escalas de energía más altas, que la física de partículas actual no describe muy bien.

La teoría del equipo vincula la física estudiada en los aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones con la física de la gravedad.

Esto significa que poderosos aceleradores de partículas como el Future Circular Collider del CERN, que se espera que comience a funcionar en 2035, podrían estar buscando evidencia de estas posibles partículas de materia oscura.

«Probablemente, la mejor oportunidad que tenemos es en futuros colisionadores de partículas de alta precisión», dijo Cacciapaglia. «Esto es algo que estamos investigando actualmente».

Este artículo fue publicado originalmente por ciencia viva. Leer el articulo original aqui.