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Una nueva y sencilla teoría podría explicar la materia oscura

Investigadores proponen que sus partículas tendrían un campo electromagnético con forma de donut, similar al de los imanes


Dos científicos de la Universidad de Vanderbilt, en EE UU, han propuesto que la mayor parte de la materia del universo, y en concreto de la materia oscura, estaría hecha de partículas con un inusual campo electromagnético en forma de donut llamado "anapolo". Se trata del mismo campo magnético que el de los imanes que ponemos en la nevera, solo que no tiene dos polos (norte y sur), como es habitual. La existencia de este tipo de partículas debería comprobarse o descartarse pronto, afirman los expertos.





En un anapolo (figura de arriba), el campo electromagnético está restringido a la zona más cercana. En cambio, en los dipolos eléctrico (en medio) y magnético (abajo), el campo se expande indefinidamente. Imagen: Michael Smeltzer. Fuente: Universidad de Vanderbilt.
En un anapolo (figura de arriba), el campo electromagnético está restringido a la zona más cercana. En cambio, en los dipolos eléctrico (en medio) y magnético (abajo), el campo se expande indefinidamente. Imagen: Michael Smeltzer. Fuente: Universidad de Vanderbilt.
La mayor parte de la materia en el universo puede estar hecha de partículas que poseen un inusual campo electromagnético en forma de donut, llamado "anapole" ("anapolo").

Esta propuesta, que dota a las partículas de la materia oscura con una rara forma de electromagnetismo, se ha visto reforzada por un análisis detallado realizado por un par de físicos teóricos de la Universidad de Vanderbilt (Nashville, Tennessee, EE UU): el profesor Robert Scherrer y el becario posdoctoral Chiu Man Ho. Un artículo sobre esta investigación fue publicado el mes pasado en la revista Physics Letters B.

"Hay un gran número de teorías diferentes sobre la naturaleza de la materia oscura. Lo que me gusta de esta teoría es su sencillez y originalidad, y el hecho de que se puede probar ", explica Scherrer en la nota de prensa de la Universidad.

En el artículo, los físicos proponen que la materia oscura, una forma invisible de materia, de la que está compuesto el 85 por ciento de toda la materia en el universo, puede estar hecha de un tipo de partícula fundamental llamado fermión de Majorana. La existencia de la partícula fue predicha en 1930, pero se ha resistido obstinadamente a la detección.

Varios físicos han sugerido que la materia oscura está hecha de partículas de Majorana, pero Scherrer y Ho han realizado cálculos detallados que demuestran que estas partículas son los más apropiadas para poseer un tipo raro, con forma de rosquilla, de campo electromagnético, llamado "anapolo".

Este campo les da propiedades diferentes a las de las partículas que poseen campos más comunes, con dos polos (norte y sur, positivo y negativo) y explica por qué son tan difíciles de detectar.

Un electromagnetismo ordinario

"La mayoría de los modelos de materia oscura suponen que ésta interactúa a través de fuerzas exóticas que no nos encontramos en la vida cotidiana. La materia oscura tipo anapolo hace uso del electromagnetismo ordinario que se aprende en la escuela -la misma fuerza que hace que los imanes se peguen a un frigorífico", explica Scherrer.

"Además, el modelo hace predicciones muy específicas sobre la tasa a la que debe aparecer en las grandes detectores de materia oscura que están enterrados bajo tierra en todo el mundo. Estas predicciones muestran que pronto debería descubrirse o descartarse la existencia de la materia oscura tipo anapolo".

Los fermiones son partículas como electrones y quarks, que son los componentes básicos de la materia. Su existencia fue predicha por Paul Dirac en 1928. Diez años más tarde, poco antes de desaparecer misteriosamente en el mar, el físico italiano Ettore Majorana desarrolló una variación de la fórmula de Dirac que predice la existencia de un fermión eléctricamente neutro.

Desde entonces, los físicos han estado buscando fermiones de Majorana. El candidato principal ha sido el neutrino, pero los científicos no han podido determinar la naturaleza básica de esta escurridiza partícula.

La materia oscura

La existencia de la materia oscura también fue propuesta por primera vez en la década de 1930 para explicar las discrepancias en la velocidad de rotación de los cúmulos galácticos. Los científicos plantean la hipótesis de que la materia oscura no puede ser vista por los telescopios debido a que no interactúa fuertemente con la luz y otros tipos de radiación electromagnética. De hecho, las observaciones astronómicas han descartado prácticamente la posibilidad de que las partículas de materia oscura tengan carga eléctrica.

Más recientemente, sin embargo, varios físicos han estudiado las partículas de materia oscura que no tienen carga eléctrica, pero sí dipolos eléctricos o magnéticos. El único problema es que incluso estos modelos más complejos no sirven para las partículas de Majorana. Esa es una de las razones por las que Ho y Scherrer decidieron acercarse a la materia oscura en busca de un momento magnético tipo anapolo.

"A pesar de que los fermiones de Majorana son eléctricamente neutros, las simetrías fundamentales de la naturaleza les prohíben la adquisición de propiedades electromagnéticas, excepto el anapolo", explica Ho.

La existencia de un anapolo magnético fue predicha por el físico soviético Yakov Zel'dovich en 1958. Desde entonces se ha observado en la estructura magnética de los núcleos de los átomos de cesio-133 y de iterbio-174.

Las partículas con dipolos eléctricos y magnéticos interactúan con los campos electromagnéticos, incluso cuando están estacionarios. Las partículas con campos anapolo no. Deben estar en movimiento para interactuar y cuanto más rápido se mueven más fuerte es la interacción. En consecuencia, las partículas anapolo habrían sido mucho más interactivas durante los primeros días del universo y fueron perdiendo interactivas a medida que el universo se expandió y se enfrió.

Las partículas de materia oscura tipo anapolo sugeridas por Ho y Scherrer se habrían aniquilado en los inicios del universo al igual que otras partículas de materia oscura propuestas, y las partículas sobrantes del proceso serían la materia oscura que vemos hoy. Pero debido a que la materia oscura se mueve mucho más lentamente en la actualidad, y debido a que la interacción anapolo depende de la rapidez con que se mueve dicha materia, estas partículas habrían escapado a la detección hasta el momento, pero sólo por los pelos.

Referencia bibliográfica:

Chiu Man Ho, Robert J. Scherrer. Anapole Dark Matter. Phys. Lett. B (2013).


Martes, 11 de Junio 2013
Universidad de Vanderbilt/T21
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Nota



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1.Publicado por Alejandro Álvarez Silva el 12/06/2013 11:30
Una muy interesante teoría que podría darnos más de una sorpresa. Saludos:
Alejandro Álvarez

2.Publicado por Mariano el 19/06/2013 18:23
En la figura se aprecian unas lineas direccionales pintadas de rojo que siguen trayectorias circulares paralelas, y otras lineas direccionales pintadas de azul que siguen trayectorias circulares perpendiculares a las rojas. Esto recuerda al campo creado por una carga con movimiento circular.
Si no son cargas ¿qué son los circulos pintados de rojo?
Si eso es la materia oscura, ¿cómo produce efectos gravitatorios?
Más bien parece una elucubración muy bonita pero sin contenido físico.
Si es materia que llena el espacio, el espacio no estaría vacío, lo cual desmontaría la teoría de la relatividad de Einstein. Me temo que si en la Universidad de Vanderbilt no desarrollan una alternativa a la teoría de la relatividad, esta nueva teoría va hacia el fracaso.
Saludos de Mariano Gómez de Olea.
La materia oscura está perfectamente explicada en mi artículo "Teoría Cuántica de la Energía Oscura". magolea@telefonica.net

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