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El CERN traza un atajo para llegar a la materia oscura

Usa antiprotones para buscar axiones de materia oscura en laboratorio y en las supernovas


El CERN ha trazado un atajo para llegar a la materia oscura: usa los antiprotones que fabrica cada día para buscar axiones de materia oscura en el seno de la antimateria, ya sea en laboratorio o en supernovas.





El portavoz de BASE, Stefan Ulmer, trabajando en el experimento (Imagen: CERN)
El portavoz de BASE, Stefan Ulmer, trabajando en el experimento (Imagen: CERN)
La materia oscura representa al 68 por ciento de la materia del universo y, aunque no se ha podido comprobar su existencia porque no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada, se sabe de ella por los efectos gravitacionales que provoca en la materia visible.

La antimateria es otra forma de materia, que está constituida por antipartículas como el antielectrón (un electrón con carga positiva, también llamado positrón) o el antiprotón (un protón con carga negativa): ambos podrían formar un átomo de antimateria.

Particularmente intrigante resulta el hecho de que materia y la antimateria, dos aspectos visibles de la naturaleza del universo, no se hayan distribuido de la misma forma: no sabemos por qué la materia se impuso a la antimateria (asimetría).

Posible vínculo

Los científicos del CERN se han planteado si existe un vínculo entre ese desequilibrio entre materia y antimateria, y la materia oscura, según explican en un comunicado.

Consideran que, si existiera ese vínculo, no solo conoceríamos el origen de la materia oscura, sino que también tendríamos que cambiar lo que sabemos sobre la simetría de la naturaleza.

En un artículo publicado en la revista Nature, la colaboración Baryon Antibaryon Symmetry Experiment (BASE) del CERN señala que está investigando esa posible conexión entre la asimetría materia-antimateria y la materia oscura.

Para comprobarlo han recurrido a una partícula hipotética llamada axión, que supuestamente formaría parte de la materia oscura.

El axión es una partícula neutra y muy ligera (pero no sin masa) que no interacciona, o lo hace muy débilmente, con la materia convencional. Se cree que en realidad interacciona poderosamente con la antimateria.

Los axiones se supone que existen porque explican las propiedades de simetría de una interacción fuerte, que une a los quarks para formar protones y neutrones, y a los protones y neutrones para formar núcleos.

Los axiones serían ligeros e interactuarían muy débilmente con otras partículas. Dado que serían estables, los axiones producidos durante el Big Bang todavía estarían presentes en el Universo, y tal vez podrían proporcionar una explicación de la materia oscura que estamos observando.

En virtud del principio de la dualidad onda-partícula propia de la mecánica cuántica, el campo de los axiones de materia oscura oscilaría de acuerdo con una frecuencia proporcional a la masa del axión, según los investigadores.

Límites para los axiones

Hasta ahora, los experimentos realizados en el laboratorio con materia ordinaria no han revelado ningún signo de estas oscilaciones, y por lo tanto no han podido determinar la existencia de axiones surgidos en el Big Bang.

Las leyes de la Física actualmente aceptadas predicen que los axiones interactúan de la misma manera con protones y antiprotones (es decir, las antipartículas de los protones).

La investigación BASE ha pretendido también demostrar esta interacción y buscar directamente la existencia de axiones de materia oscura por medio de los antiprotones que se fabrican diaramente en el CERN.

Si la fuerza de interacción axión-antiprotón resultara ser mayor de lo que debería ser, provocaría cambios en la frecuencia del movimiento de precesión y delataría tal vez su interacción con la antimateria.

Sin embargo, hasta ahora los científicos de BASE no han podido detectar entre sus mediciones las variaciones oscilatorias que podrían revelar una posible interacción axión-antiprotón.

No obstante, han podido establecer otros límites más moderados para la interacción axión-antiprotón que podrían ser válidos para un cierto rango de posibles masas del axión: primer paso para conocer mejor lo que pasa en el seno de la antimateria.

Hipótesis supernova

Si, a tenor de lo obtenido en laboratorio, resulta que los axiones no son un componente importante de la materia oscura, los científicos consideran que podrían producirse directamente durante el colapso o la explosión de una supernova.

Plantean que los límites en la fuerza de su interacción con protones o antiprotones podrían deducirse al examinar la evolución de estas explosiones estelares.

Sin embargo, las observaciones realizadas durante la explosión de la famosa supernova SN1987A han determinado que la interacción axión-antiprotón ha sido 100.000 veces más débil que la obtenida en laboratorio por BASE.

A pesar de estos resultados, los científicos consideran que su hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura y el modelo de asimetría de la materia y la antimateria, constituye una investigación única que probablemente conduzca a modificaciones extraordinarias de nuestra comprensión actual del funcionamiento del Universo. La historia continúa.

Referencia

Direct limits on the interaction of antiprotons with axion-like dark matter. C. Smorra et al. Nature volume 575, pages310–314(2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1727-9


Jueves, 14 de Noviembre 2019
Redacción T21
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