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¿Detectará el LHC materia oscura?

10/05/2015 14:20 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Proponen que la materia oscura esté compuesta por neutralinos, partículas que explicarían la emisión de rayos gamma del centro galáctico, partículas que además podrían ahora ser sintetizas en el LHC.

Rayos gamma en falso color sobreimpresionados sobre una imagen de la Vía Láctea. Fuente: A. Mellinger, CMU; T. Linden, Univ. of Chicago/NASA Goddard.

Uno de los grandes misterios de la Física actual es saber la naturaleza de la materia oscura, esa materia que no emite ni bloquea la luz porque no interacciona con la materia ordinaria, ni siquiera con los fotos de luz.

Pese a que se ha buscado la partícula o partículas que conforma esta materia oscura en profundas minas aisladas de otras fuentes que den señales falsas, aún no se han detectado ninguna de estas partículas que deben formar parte de nuestra galaxia.

Puede que al final se consiga detectar a estas partículas creándolas en el LHC en lugar de detectar las "naturales" en los detectores instalados en las minas.

Ahora, este colisionador va a operar al doble de energía a la que estuvo operando en el pasado gracias a una actualización que ha necesitado de dos años. Se espera que las nuevas colisiones entre protones empiecen este verano.

Los físicos implicados en esta gran colaboración internacional planean ahora cómo detectar nuevas partículas en este "LHC 2.0" y quizás se trate de partículas de materia oscura. Una vez descubierto el bosón de Higgs en el LHC, se necesitan nuevos objetivos y uno de ellos podrían ser las partículas supersimétricas.

Hay un exceso de fotones de alta energía provenientes del centro de nuestra galaxia. Esto se vio en 2009 a partir de los datos recolectados por el observatorio de rayos gamma Fermi. Una posible explicación, propuesta por Dan Hooper y Lisa Goodenough en su día [1], es que se produce una aniquilación entre partículas y antipartículas de materia oscura. A estas partículas se las llamó informalmente hooperones. Un sencillo cálculo arroja que los hooperones tendrían una masa no muy grande y que podrían ser sintetizadas en el LHC.

Los escépticos sugieren que el exceso de rayos gamma detectado por Fermi puede tener una explicación mucho más sencilla (aquí se usa la navaja de Occam), como las emisiones por parte de estrellas de neutrones.

El caso es que quizás estas supuestas partículas sean también una prueba de la tan ansiada supersimetría. Teoría según la cual a toda partícula del modelo estándar le corresponde una partícula con el spin cambiado y mucho más masiva. A las de spin entero le corresponderían de spin semientero y viceversa.

Pero esta primera propuesta con estas supuestas partículas de materia oscura no es compatible del todo con la supersimetría. Aunque el Modelo estándar supersimétrico mínimo (MSSM en sus siglas en inglés) permite partículas de materia oscura con masas de entre 25 y 30 Gev (1 GeV corresponde a la masa de un protón, más o menos), algo compatible con lo observado por Fermi en principio, los experimentos realizados sugieren que deberían ser más pesadas.

Para poder acomodar los hooperones de esa masa en el MSSM hay que modificar la teoría hasta un punto en el que los físicos no se sienten cómodos. Casi se necesitaría una nueva teoría.

Pero en trabajos recientes más cuidadosos se señala que los datos de Fermi son compatibles con partículas mucho más pesada, de entorno a los 200 GeV. Esto permite una mejor compatibilidad con el MSSM [2], [3].

Entre las posibles soluciones que explicaran el pico de rayos gamma del centro galáctico estaría la aniquilación de neutralinos. Además, estos serían lo suficientemente ligeros como para poder ser sintetizados en el LHC 2.0 y lo suficientemente pesados como para que no hubieran sido descubiertos antes. Este nuevo cálculo ha sido realizado por Sascha Caron (Universidad de Radboud) y sus colaboradores [4].

Este grupo de físicos ha calculado además la cantidad de materia oscura que se habría producido en el Big Bang si esta estuviera compuesta por neutralinos y lo ha comparado con las deducciones a partir del fondo cósmico de microondas. Al parecer, la presencia del neutralino es compatible con las observaciones.

Un estudio similar de reanálisis ha sido realizado por Patrick Fox y sus colaboradores [5]. En este estudio también se sugiere que el neutralino podrían explicar los datos de Fermi sobre nuestro centro galáctico.

Además, Katherine Freese (Instituto Nórdico de Física Teórica en Estocolmo) y sus colaboradores también dicen haber calculado que el exceso observado por Fermi puede explicarse gracias a la supersimetría, pero en una versión de la teoría diferente a las anteriores.

Puede que los neutralinos existan. Si es así quizás sean detectados con la nueva generación de detectores en minas, pero también en el LHC 2.0, por lo en este caso que serían detectados muy pronto. Entonces el problema de la materia oscura se habría por fin resuelto.

O puede que no sea observado por ninguno de los dos y el exceso de rayos gamma medido por Fermi se deba a las estrellas de neutrones.

La pregunta que nos podemos hacer es qué pasará si el LHC 2.0 no detecta nada nuevo.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4668

Fuente principal: Nature.


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Fuente:
neofronteras.com
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Tipo:
Reportaje
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