Dos físicos teóricos de la Universidad de California, Davis, tienen un nuevo candidato para la materia oscura y una posible forma de detectarla. Presentaron su trabajo el 6 de junio en la conferencia Planck 2019 en Granada, España, y se presentó para su publicación.
Se cree que la materia oscura representa poco más de una cuarta parte de nuestro universo, y la mayoría del resto es una energía oscura aún más misteriosa. No se puede ver directamente, pero la presencia de la materia oscura se puede detectar porque su gravedad determina la forma degalaxias distantes y otros objetos.
Muchos físicos creen que la materia oscura está compuesta de alguna partícula aún por descubrir. Durante algún tiempo, el candidato favorito ha sido la partícula masiva débilmente interactiva o WIMP. Pero a pesar de años de esfuerzo, los WIMP hasta ahora no han aparecido enexperimentos diseñados para detectarlos.
"Todavía no sabemos qué es la materia oscura", dijo John Terning, profesor de física en UC Davis y coautor del artículo. "El candidato principal durante mucho tiempo fue el WIMP, pero parece que eso es casi completamentedescartado "
Una alternativa al modelo WIMP de materia oscura requiere una forma de "electromagnetismo oscuro" que incluya "fotones oscuros" y otras partículas. Los fotones oscuros tendrían un acoplamiento débil con los fotones "normales".
En su nuevo artículo, Terning y el investigador postdoctoral Christopher Verhaaren agregan un giro a esta idea: un "monopolo" magnético oscuro que interactuaría con el fotón oscuro.
En el mundo macroscópico, los imanes siempre tienen dos polos, norte y sur. Un monopolo es una partícula que actúa como un extremo de un imán. Los monopolos se predicen por la teoría cuántica, pero nunca se han observado en un experimento. Los científicos sugierenque los monopolos oscuros interactuarían con fotones oscuros y electrones oscuros de la misma manera que la teoría predice que los electrones y fotones interactúan con monopolos.
Una nueva forma de detectar materia oscura
Y eso implica una forma de detectar estas partículas oscuras. El físico Paul Dirac predijo que un electrón que se mueve en un círculo cerca de un monopolo recogería un cambio de fase en su función de onda. Debido a que los electrones existen como partículas y ondas cuánticasteoría, el mismo electrón podría pasar a ambos lados del monopolo y, como resultado, estar ligeramente desfasado en el otro lado.
Este patrón de interferencia, llamado efecto Aharonov-Bohm, significa que un electrón que pasa alrededor de un campo magnético está influenciado por él, incluso si no pasa a través del campo mismo.
Terning y Verhaaren argumentan que se puede detectar un monopolo oscuro debido a la forma en que cambia la fase de los electrones a medida que pasan.
"Este es un nuevo tipo de materia oscura pero también viene con una nueva forma de buscarla", dijo Terning.
Los haces de electrones son relativamente fáciles de obtener: los microscopios electrónicos se usaron para demostrar el efecto Aharonov-Bohm en la década de 1960, y la tecnología del haz de electrones ha mejorado con el tiempo, señaló Terning.
Teóricamente, las partículas de materia oscura fluyen a través de nosotros todo el tiempo. Para ser detectables en el modelo de Terning y Verhaaren, los monopolos tendrían que ser excitados por el Sol. Luego tardarían aproximadamente un mes en llegar a la Tierra, viajando aproximadamente a unamilésima de la velocidad de la luz.
Por otro lado, el cambio de fase previsto es extremadamente pequeño, más pequeño que el necesario para detectar ondas de gravedad, por ejemplo. Sin embargo, Terning señaló que cuando se propuso por primera vez el experimento de ondas de gravedad LIGO, la tecnología para hacerlo funcionarno existe; en cambio, la tecnología se puso al día
El trabajo fue apoyado por una subvención del Departamento de Energía de EE. UU.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Davis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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