Los científicos pueden tener una nueva forma de mirar el "mundo oscuro" de la física.
En un nuevo artículo, los físicos teóricos dicen que tienen un nuevo plan para buscar partículas teóricas que, hasta ahora, nunca se han observado. Estas partículas, denominadas partículas de larga vida, o LLP, podrían ser una ventana a la materia oscura y la energía oscura, que juntas constituyen el 95% del universo. La materia oscura ejerce una atracción gravitacional sobre la materia ordinaria, y se cree que la energía oscura hace que la expansión del universo se acelere. Pero tampoco se puede observar directamente, porque las interacciones que tienen con la materia luminosa del universo son débiles, dijo Zhen Liu, investigador postdoctoral en la Universidad de Maryland.
"No nos hablan", dijo a Live Science Liu, uno de los investigadores que está trabajando en el nuevo plan.
Pero los LLP podrían proporcionar una manera para que ese mundo oscuro se comunique con el mundo más ligero. Y Liu y sus colegas creen que al ajustar algunos de los detectores en el destructor de átomos más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra, Suiza, los físicos podrían encontrarlos.
Mundos paralelos
El "mundo oscuro", también conocido como el "sector oculto", describe un conjunto de partículas hipotéticas que irían más allá del Modelo Estándar de física. (El modelo estándar explica los protones, los neutrones, los electrones y todas las partículas subatómicas extrañas que los acompañan, como los quarks, los muones, los neutrinos y el bosón de Higgs).
Si toda la materia "normal" está en un valle, el mundo oscuro está en un valle paralelo sobre una cresta, dijo Liu. Se necesita una enorme cantidad de energía para escalar esa cresta, por lo que las partículas en el oscuro valle del mundo interactúan fuertemente entre sí, pero solo ligeramente con las del otro lado de la montaña. Pero algunas partículas podrían pasar a través de esa barrera de energía del mundo oscuro al que normalmente encontramos a través de un proceso llamado túnel cuántico. Estas partículas probablemente no serían los equivalentes de la materia oscura de partículas estables como los protones o los neutrones, dijo Liu, pero tal vez serían más parecidas a las partículas del Modelo Estándar más inestables.
Son esas partículas de túnel que los investigadores están interesados en encontrar. Pero estas partículas, si existen, son raras, dijo Liantao Wang, físico teórico de la Universidad de Chicago. El LHC se arroja protones entre sí a un ritmo vertiginoso, produciendo mil millones de colisiones por segundo. Esas colisiones rompen los protones en cantidades masivas de partículas conocidas de Modelo Estándar. Para los científicos que buscan el sector oculto, todas esas partículas son meros ruidos. Las partículas que les interesan, dijo Wang, podrían aparecer solo unas pocas veces por década.
Un nuevo camino
Wang, junto con Liu y su colega, Jia Liu, son los autores del nuevo artículo, publicado el 3 de abril en la revista Physical Review Letters, que sugiere una forma de echar un vistazo a estas partículas raras.
Todo se reduce al momento. Los LLP, dijo Wang, deberían ser masivos y pesados en comparación con las partículas del Modelo Estándar que el LHC crea a granel. Su lentitud se debe al gran obstáculo energético que tienen que superar solo para causar una impresión en el mundo de la materia normal, dijo Liu. Pero el ritmo de su caracol también es una característica útil para los físicos. La mayoría de las partículas elementales en el LHC viajan a la velocidad de la luz y se descomponen rápidamente. El bosón de Higgs, por ejemplo, desaparece en solo 10 a menos 22 segundos, transformándose en un conjunto de partículas más estables.
Sin embargo, los LLP deberían vivir lentamente, hasta una décima de segundo, dijo Wang. También viajan más despacio que la velocidad de la luz. Por lo tanto, ajustar los detectores del LHC para buscar partículas que lleguen tarde a sus sensores debería ser la clave para detectarlos.
"Es una idea muy simple", dijo Wang, "pero resulta ser sorprendentemente efectiva".
Algunos de esos ajustes vendrán naturalmente con las actualizaciones del LHC, que están en curso ahora, dijo Liu. El colisionador de partículas se abrirá nuevamente en 2021, con detectores que podrán medir el tiempo de llegada de una partícula 10 veces más precisamente de lo que puede hacerlo actualmente, dijo. A partir de ahí, dijo, es solo una cuestión de algunos ajustes de software para aprovechar las capacidades del LHC, y asegurarse de que los físicos experimentales que usan el colisionador prioricen la búsqueda. Ahora, dijeron Wang y Liu, ellos y sus colegas experimentales están teniendo una serie de reuniones para asegurarse de que todos estén en la misma página.
"Va a suceder", dijo Liu.
