miércoles, 9 de noviembre de 2016

¿HAY UNA PARTÍCULA DE ENERGÍA OSCURA?

Según estimaciones, que se resumen en este gráfico de la NASA, alrededor del 70% del contenido energético del Universo, consiste en energía oscura, cuya presencia se infiere en su efecto sobre la expansión del Universo, pero sobre cuya naturaleza última se desconoce del todo. Crédito: Wikimedia Commons

Una partícula teórica que se adapta podría explicar la  expansión acelerada del Universo.
Nuestro Universo crece  y se hace un poco más grande cada día, el espacio vacío se expande, las galaxias se separan más y más, incluso la luz estelar que atraviesa esta “hinchazón de nada” se estira cual  goma elástica.
Es abrumadora la evidencia astronómica de la acelerada  expansión del Universo; pero ¿Qué es lo que está apartándolo?
Se esfuerzan los físicos de partículas en responder a  preguntas tales como cuáles son las leyes más fundamentales de la naturaleza. Pregunta que los tiene en aprieto ya que es diferente a todo lo demás.

Amol Upadhye un teórico en post-doctorado en la Universidad de Wisconsin, Madison ha dicho: “Si entendemos a la gravedad correctamente, entonces hay alguna otra sustancia en el universo que compone aproximadamente los dos tercios de la densidad total de energía y que se comporta de manera totalmente diferente a la materia normal; así que el gran misterio es, ¿Qué es esto?”
  
Esta materia es energía oscura, pero aparte de su ostensible efecto empujador en el cosmos, los científicos saben muy poco. Sin embargo, los teóricos como Upadhye sospechan que si realmente hay algo que  está causando el espacio vacío para expandirse, y hay una buena probabilidad de que se debe a la producción de una partícula oscura.

Pero para acoplarse con la observación cosmológica, una partícula de energía oscura requeriría una serie de propiedades desconcertantes. Por un lado, tendría que comportarse como un “camaleón”, es decir, que necesitaría algo semejante para alterar sus propiedades en función de su entorno.

Esta partícula, en las profundidades del espacio “vacío”, y  casi sin masa, minimiza su atracción gravitatoria a otras partículas. Pero aquí en la Tierra (y en cualquier otra región densamente poblada del espacio), esta partícula cual camaleón, tendría que hincharse hasta tener una masa mucho mayor, la cual limitaría su capacidad para interactuar fácilmente con la materia ordinaria al mismo tiempo que la hace casi invisible para la mayoría de los detectores.
Upadhye comenta: “Si la materia fuera música, entonces la materia ordinaria sería como las teclas de un piano; cada partícula tiene una masa discreta,  al igual que cada tecla de piano toca una sola nota. Pero las partículas de camaleón sería como la diapositiva en un trombón y capaz de cambiar sus lanzamientos en función de la cantidad de ruido de fondo”.

Además de una masa deslizante, las partículas camaleones necesitarían ejercer una presión negativa. Clásicamente, la presión es la fuerza que las partículas ejercen en su recipiente. Cuando el recipiente está hecho de materia (como el caucho de un globo), se expande a medida que aumenta la presión interna, y se relaja de nuevo a la normalidad cuando la presión disminuye. Pero cuando el contenedor está hecho de nada, es decir, el recipiente es el espacio-tiempo, el efecto inverso sucede. Por ejemplo, cuando un globo de cumpleaños se llena de aire, el espacio vacío circundante se contrae ligeramente. Pero cuando el globo libera aire y la presión disminuye, el espacio vuelve a la normalidad.

Todas las partículas conocidas contraen el espacio a medida que aumentan su presión y relajan el espacio cuando su presión se aproxima a cero. Pero para expandir realmente el espacio, una partícula necesitaría ejercer una presión negativa - una idea que es totalmente ajena en nuestro mundo físico macroscópico pero no imposible en una escala subatómica.
“Esta fue en realidad la idea de Einstein", dice Upadhye "Si metes una sustancia con una presión negativa en las ecuaciones de la relatividad general obtienes esta expansión acelerada del universo".

Una partícula que se desplaza en masa y que se expande en el espacio sería diferente a cualquier otra cosa en física. Pero los físicos esperan que si tal partícula existe, sería abundante tanto en las profundidades del espacio como aquí en nuestro propio sistema solar. Varios experimentos han buscado indirectamente partículas camaleón vigilando de cerca las propiedades de la materia ordinaria y buscando cualquier efecto parecido al camaleón. Pero mediante el Telescopio Solar del CERN Axion, o el Experimento CAST, esperan capturar camaleones directamente a medida que  se  irradian del sol.
"El Sol es nuestra mayor fuente de partículas", dice Konstantin Zioutas, portavoz del experimento CAST. "Si los camaleones existen, entonces podrían copiosamente ser producidos en el Sol."

El Experimento CAST es un telescopio especializado que busca partículas raras y exóticas que emanan del Sol y del universo primitivo. Zioutas y sus colegas recientemente instalaron una lupa especial dentro de CAST que recoge y concentra partículas en una membrana altamente sensible suspendida en una cavidad electromagnética resonante. Su esperanza es que si las partículas  camaleón existen y son producidas por el Sol, registrarán  la presión muy pequeña que estas partículas de flujo deben ejercer mientras que se reflejan de la membrana cuando el Sol está en la visión.

Hasta ahora no han visto nada inesperado, pero nuevas mejoras  harán que su experimento sea aún más sensible tanto a las partículas camaleones solares como a otros exóticos fenómenos de origen cósmico.
"El misterio de la energía oscura es el mayor reto de la física, y nada de lo que entendemos actualmente puede explicarlo", dice Zioutas. "Tenemos que mirar el exótico de la exótica para posibles soluciones."

Fuente: Compilado de Symmetry 11.mar.2016 (Fermilab) Revista en línea - Sarah Charley

Traducción libre  de SOCA

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