 |
Este repte de la ciència requerix posar a treballar a dos comunitats que a poc a poc es van alliberant dels seus mutus prejuís. D'una banda tenim a la cosmologia, explorant les escales més grans de l'univers. Per un altre, a la física d'altes energies. I cada vegada tenim més clar que entendre la matèria fosca requerix un esforç conjunt.
El misteri de la matèria fosca
Negar l'existència de la matèria fosca, eixe elusiu component de l'univers, hui dia seria una atrocitat. Només tindria cabuda des de l'heterodòxia o la ignorància.
Les corbes de rotació de les galàxies, l'efecte de lent gravitacional o el fons còsmic de microones no deixen dubtes de la seua existència.
Ens agradaria tindre un model de partícules que explicara el misteri a nivell microscòpic. Així quedaria enllaçat amb quasi tota la física que coneixem. I dic “quasi” perquè la gravetat té el mateix problema, no coneixem la partícula que li correspon. Però seria eixir-nos per la tangent, que és un símil apropiat en este món de la física tan matemàtica.
Per què confiem que observant la dinàmica de la matèria coneguda trobarem noves formes d'ella? Doncs perquè això entronca amb una llarga tradició. L'exemple històric més conegut i rellevant és el de l'òrbita d'Urà. La seua raresa no es va entendre fins que Neptú va deixar de ser un astre ocult, i llavors les peces del trencaclosques van encaixar. Una cosa així esperem que succeïsca amb la matèria fosca.
La clau del protó
Fa ja alguns mesos va sorgir una proposta desconcertant per a explicar la naturalesa de la matèria fosca. Seria una cosa tan simple com una mar de neutrons desarrelats. Però respecte a quins agents de la física no tindrien arrelament? Doncs ni més ni menys que els protons. I esta raresa és precisament l'explicació d'este model estrany i nou.
En el cosmos que coneixem es dona l'estranya coincidència que els protons i els neutrons tenen quasi la mateixa massa. Això permet que tinguen afinitat mútua, donant lloc a àtoms estables. Per dir-ho d'una altra manera, la taula periòdica és com la coneixem per eixa semblança entre tots dos tipus de partícules.
En canvi, si els protons foren un poquirritín més pesats, decaurien en partícules menys pesades (pions, kaons) i alguns residus més lleugers. Bàsicament, la massa de la partícula original ha de ser major que la suma de les quals es produïxen (com diu la fórmula d'Einstein). I una major massa del protó dona més joc perquè sorgisca una interessant varietat de partícules. Entre elles, per què no, les que donen consistència a la matèria fosca.
Però no hi ha raó per a espantar-se, els protons que coneixem són tremendament estables. El temps des del Big bang és només una cuatrillonésima part del temps que s'espera que romanguen íntegres qualsevol d'eixos protons.
Un univers espill
La hipòtesi que maneja l'estudi abans citat és que existisca un sector fosc que mimetitze el nostre model estàndard de partícules. Per descomptat, este fosc món paral·lel tindria les seues pròpies partícules i interaccions entre elles. El paral·lelisme o simetria especular entre tots dos sectors explicaria la relativa similitud entre les abundàncies de la matèria ordinària i la matèria fosca.
El tipus de relació proposada entre tots dos sectors és el que es diu una simetria discreta.
Este tipus de relacions matemàtiques són molt importants en les teories que descriuen les partícules com a excitacions de camps quàntics. Un exemple amb una certa semblança al recentment proposat és la simetria de paritat. La seua violació va ser descoberta per Chien-Shiung Wu en observar adreces preferents en l'emissió d'electrons en decaure un cert tipus d'àtom de cobalt. Això reforça la idea que que la transformació de protons o conjunts d'ells (àtoms) en altres partícules és una ferramenta habitual per a entendre la física fonamental.
Precisament si els protons del fosc univers espill anaren més pesats decaurien ràpidament. Si ho volem veure d'una altra manera, els protons foscos s'evaporarien. Això deixaria un rastre de neutrons abandonats a una noble sort: ser la matèria fosca. Això encaixa amb l'observació que la matèria fosca interactua molt poc amb si mateixa. Si ocorreguera el contrari haurien d'existir denses acumulacions d'ella, i fins a la data no hi ha evidència de tal fenomen.
El sector fosc
Però en este univers espill del nostre també degué ocórrer un procés de formació dels elements químics més lleugers. En esta etapa de nucleosíntesis, que va tindre lloc en els primers minuts després del Big bang es formarien en l'univers espill “versions fosques” de l'hidrogen, l'heli i, en menors proporcions, del liti. Però la vida d'estos elements seria brevíssima per la insignificant duració dels protons foscos que contindrien.
Este sector fosc tindria la seua pròpia història termal. En els seus inicis, els sectors a banda i banda de l'espill tindrien la mateixa temperatura causada per freqüents intercanvis d'energia. Això podria estar mediat per bosons: bé el d'Higgs o ben humils fotons. De l'un o l'altre cas podrien quedar traces detectables respectivament en el gran colisionador d'hadrons o en el fons de microones.
Després, per les seues pròpies característiques físiques, el sector fosc es refredaria molt més ràpid que l'estàndard. D'esta etapa podrien quedar relíquies en forma de neutrins estèrils i potser eixes esquives partícules especulars poden ser detectades.
Per fer una xicoteta broma es pot concloure que queda molta llum per llançar a eixa ombrívola forma de la matèria que continua desconcertant-nos. Però potser, com en un antic poema gòtic, és finalment un pàl·lid reflex (d'un espill) el que ens aclarisca no la nit fosca, sinó la fosca matèria de l'univers.
Ruth Lazkoz, Professor, Universitat del País Basc / Euskal Herriko Unibertsitatea
Este article va ser publicat originalment en The Conversation.
Cap comentari :