¿Podríamos haber descubierto ya la materia oscura?
Esa es la pregunta planteada en un nuevo artículo publicado el 12 de febrero en el Journal of Physics G. Los autores describieron cómo se podría formar materia oscura de una partícula conocida como el hexaquark d * (2380), que probablemente se detectó en 2014.
La materia oscura, que ejerce fuerza gravitacional pero no emite luz, no es algo que nadie haya tocado o visto. No sabemos de qué está hecho, e innumerables búsquedas de las cosas han quedado vacías. Pero una abrumadora mayoría de físicos está convencida de que existe. La evidencia está plasmada en todo el universo: los cúmulos de estrellas giran mucho más rápido de lo que deberían, distorsiones misteriosas de la luz en el cielo nocturno e incluso agujeros perforados en nuestra galaxia por un impactador invisible que apuntan a algo que está allí afuera, lo que constituye la mayoría de la masa del universo, que aún no entendemos.
Las teorías más ampliamente estudiadas de la materia oscura involucran clases enteras de partículas nunca antes vistas desde fuera del Modelo Estándar de física, la teoría dominante que describe las partículas subatómicas. La mayoría de estos encajan en una de dos categorías: los axiones ligeros y los WIMPs pesados, o partículas masivas que interactúan débilmente. Hay otras teorías más exóticas que involucran especies de neutrinos aún no descubiertas o una clase teórica de agujeros negros microscópicos. Pero rara vez alguien propone que la materia oscura esté hecha de algo que ya sabemos que existe.
Mikhail Bashkanov y Daniel Watts, físicos de la Universidad de York en Inglaterra, rompieron ese molde, argumentando que el hexaquark d * (2380), o "estrella d", podría explicar toda la materia faltante.
Los Quarks son partículas físicas fundamentales en el modelo estándar. Tres de ellos unidos (usando partículas conocidas como gluones) pueden formar un protón o un neutrón, los bloques de construcción de los átomos. Organícelos de otras maneras y obtendrá partículas diferentes y más exóticas. La d-star es una partícula de seis quark cargada positivamente que los investigadores creen que existió durante un segundo durante un experimento de 2014 en el Centro de Investigación Jülich de Alemania. Debido a que fue tan fugaz, esa detección de d-star no ha sido absolutamente confirmada.
Las estrellas D individuales no podían explicar la materia oscura porque no duran lo suficiente antes de descomponerse. Sin embargo, Bashkanov le dijo a Live Science, al principio de la historia del universo, las partículas podrían haberse agrupado de una manera que les habría evitado la descomposición.
Ese escenario ocurre con los neutrones. Saca un neutrón de un núcleo y se descompone muy rápidamente, pero mézclalo con otros neutrones y protones dentro del núcleo, y se estabiliza, dijo Bashkanov.
"Los hexaquarks se comportan exactamente de la misma manera", dijo Bashkanov.
Bashkanov y Watts teorizaron que grupos de estrellas d podrían formar sustancias conocidas como condensados de Bose-Einstein o BEC. En experimentos cuánticos, los BEC se forman cuando las temperaturas bajan tanto que los átomos comienzan a superponerse y mezclarse, como los protones y los neutrones dentro de los átomos. Es un estado de la materia distinto de la materia sólida.
Al principio de la historia del universo, esos BEC habrían capturado electrones libres, formando un material con carga neutra. Un BEC de estrella d con carga neutral, escribieron los físicos, se comportaría de manera muy parecida a la materia oscura: invisible, deslizándose a través de la materia luminosa sin golpearla notablemente, pero ejerciendo una influencia gravitacional significativa en el universo circundante.
La razón por la que no te caes de una silla cuando te sientas es porque los electrones de la silla empujan contra los electrones de tu parte trasera, creando una barrera de cargas eléctricas negativas que se niegan a cruzarse. En las condiciones adecuadas, dijo Bashkanov, los BEC hechos de hexaquarks con electrones atrapados no tendrían tales barreras, deslizándose a través de otros tipos de materia como fantasmas perfectamente neutros.
Estos BEC podrían haberse formado poco después del Big Bang, ya que el espacio pasó de un mar de plasma caliente de quarks y gluones sin partículas atómicas distintas a nuestra era moderna con partículas como protones, neutrones y sus primos. En el momento en que se formaron esas partículas atómicas básicas, las condiciones eran perfectas para que los BEC de hexaquark precipitaran del plasma quark-gluón.
"Antes de esta transición, la temperatura es demasiado alta; después de eso, la densidad es demasiado baja", dijo Bashkanov.
Durante este período de transición, los quarks podrían haberse congelado en partículas ordinarias, como protones y neutrones, o en los BEC de hexaquark que hoy podrían formar materia oscura, dijo Bashkanov. Si estos BEC de hexaquarks están disponibles, escribieron los investigadores, podríamos ser capaces de detectarlos. A pesar de que los BEC tienen una vida bastante larga, ocasionalmente decaerán alrededor de la Tierra. Y esa descomposición se mostraría como una firma particular en los detectores diseñados para detectar rayos cósmicos, y parecería que provenía de todas las direcciones a la vez, como si la fuente llenara todo el espacio.
El siguiente paso, escribieron, es buscar esa firma.
