El cúmulo de galaxias Abell 1689 contiene alrededor de mil galaxias y billones de estrellas. Al estudiar imágenes de cúmulos de galaxias, Los científicos han calculado que la materia oscura constituye aproximadamente el 23 por ciento de toda la materia y la energía en el espacio. Crédito:NASA / ESA / STScI / AURA / Dominion Astrophysical Observatory / JHU / J. Blakeslee y H. Ford
La mayoría de las personas a las que se les paga un salario pueden estar bastante seguras de que el tema de su trabajo existe realmente. Los físicos que estudian la materia oscura difieren de la mayoría de las personas en este aspecto. A pesar de todo, Los jóvenes científicos talentosos continúan dedicando sus carreras al tema. ¿Por qué?
No es que la materia oscura esté esperando ser descubierta. Lejos de ahi, la materia oscura como fenómeno está firmemente establecido, y tenemos mucha evidencia convincente para sugerir que es cinco veces más abundante que su contraparte brillante.
Bastante, el problema es que la abrumadora evidencia de la materia oscura depende completamente de los efectos gravitacionales. Si resulta que la gravedad actúa mucho más extraño de lo que Newton imaginó, los efectos que atribuimos a una partícula de materia oscura, podría ser un espejismo. Y podemos vernos obligados a descartar toda la hipótesis de la materia oscura al salón de la fama por teorías científicas obsoletas.
Para finalmente confirmar nuestro paradigma, devotos de la materia oscura como yo necesitamos atrapar o crear una partícula de materia oscura, para que podamos probar de una vez por todas, que la materia oscura en realidad está hecha de materia.
Todo vale en la oscuridad
Entonces, ¿Cómo se ve la materia oscura de todos modos? Bien, eso depende de tu preferencia.
La diversidad de candidatos hipotéticos a la materia oscura es realmente alucinante. Los contendientes serios incluyen partículas con radios tan grandes como galaxias, así como partículas ultra diminutas con radios un cuatrillón (15 ceros) veces más pequeños que el protón.
Ni siquiera tiene que consistir en partículas en absoluto, La materia oscura podría ser pequeños pinchazos en el tejido del espacio y el tiempo llamados agujeros negros primordiales.
Por lo tanto, cualquier experimento que se proponga encontrar materia oscura debe primero elegir una hipótesis y proceder a probarla o refutarla.
Sin embargo, la lista de verificación de candidatos es muy larga, y muchas ideas no pueden probarse experimentalmente con la tecnología actual.
La línea de tiempo cósmica. Los científicos aún no comprenden la naturaleza de la materia oscura, pero sospechan que se compone principalmente de partículas exóticas, como WIMPS, que se formó cuando el universo tenía una fracción de segundo. Crédito:NASA / CXC / M.Weiss
El sospechoso habitual es un WIMP
La física de partículas tiene una larga y orgullosa tradición de dar nombres tontos a partículas hipotéticas. Un ejemplo particularmente tonto es la partícula conocida como WIMP, cuales, a pesar de su nombre, es uno de los candidatos a materia oscura más fuertes.
El nombre que suena extraño es en realidad un acrónimo de las propiedades de la partícula:Partícula masiva de interacción débil. Lo que significa que la partícula es masiva, por lo que gravita hacia otras partículas u objetos, pero solo interactúa débilmente con nuestro mundo visible.
En los primeros segundos después del Big Bang, nuestro Universo fue una vez increíblemente caliente y denso. Esta sopa primordial es donde ocurrió el supuesto nacimiento del WIMP. Armados con el conocimiento de cómo nuestro Universo se expandió y enfrió, podemos calcular con precisión el número de WIMP que se formaron en estas condiciones.
Notablemente, este cálculo nos deja con una serie de WIMP que se asemeja mucho a la cantidad observada de materia oscura. En otras palabras, postulamos una partícula con las propiedades que esperamos encontrar en la materia oscura, y sin supuestos adicionales, nuestro conocimiento de la historia del Universo significa que aparece en la cantidad correcta. Bien, esto parece demasiado bueno para no ser verdad.
Los milagros no suceden ¿Derecha?
Esta increíble coincidencia de números es a lo que los partidarios del WIMP se refieren con entusiasmo como "el milagro del WIMP". Milagro es quizás una palabra demasiado fuerte, pero el paradigma WIMP da una explicación muy simple que puede explicar toda la materia oscura a la vez, y así pasa la prueba de la navaja de Occam:las teorías con la menor cantidad de suposiciones tienen más probabilidades de ser correctas.
Pero lo que es incluso mejor que su simplicidad es que es comprobable. Las mismas interacciones responsables de crear los WIMP en primer lugar, nos permiten construir experimentos para encontrarlos, los llamados "detectores directos".
Desafortunadamente, los detectores construidos para encontrar WIMP no han encontrado nada. Y muy lejos, Parece que "el milagro de WIMP" nos llevó a una búsqueda inútil de décadas.
Los físicos todavía esperan descubrir el WIMP, pero si finalmente aparece, ciertamente se vería diferente a lo que habíamos imaginado.
Dentro del Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Rompiendo protones juntos, los científicos esperan descubrir partículas esquivas, como WIMPS. Crédito:CERN
Por otra parte, si el WIMP nunca aparece, los experimentos de detección directa habrán tachado algunos contendientes de la lista de verificación, aunque a un costo enorme. Pero, como un bono adicional, La búsqueda de WIMP ha llevado la tecnología de detectores a extremos impresionantes. Algunos de estos avances ya se están reutilizando en otras ramas de la física, como la física de los neutrinos. Entonces, incluso con un resultado negativo en su misión principal, el esfuerzo por encontrar el WIMP no ha sido en vano.
La navaja de Occam no siempre lo corta
La parte visible de nuestro Universo consiste en una lista muy limitada de ingredientes:quarks, leptones (como electrones y neutrinos), y cuatro fuerzas que permiten que las partículas interactúen. De estos modestos bloques de construcción proviene toda la diversidad:de las estrellas en el cielo, a la vida en la Tierra, todo puede reducirse a configuraciones complicadas de estos componentes simples.
No hay ninguna razón fundamental por la que la parte oscura de nuestro mundo deba ser menos diversa que la parte visible. Incluso se puede imaginar la materia oscura fusionándose en estrellas oscuras, planetas y vida, que existen completamente apartados de nuestro mundo. Para ellos somos la materia oscura.
Sin embargo, diseñar experimentos para buscar materia oscura es una cuestión práctica, y es difícil buscar más de una cosa a la vez. Por lo tanto, tendemos a ceñirnos a la navaja de Occam y tratar de encontrar las respuestas más simples posibles a la cuestión de la materia oscura.
Desafortunadamente, La navaja de Occam no es un teorema matemático, ya la naturaleza no le importa cuán "probables" sean las diversas teorías según los físicos. En verdad, Nuestros modelos simplificados de materia oscura pueden dar paso a una realidad mucho más compleja y desordenada.
En este caso, nunca veremos un gran descubrimiento de la materia oscura, sino una comprensión gradual de pequeñas piezas de un enorme rompecabezas.
Seguimos pensando que la materia oscura está formada por partículas que gravitan, pero lo único que sabemos con certeza es es que será un tema de estudio para los físicos durante muchos años.
No hay absolutamente ninguna garantía de que descubramos una partícula de materia oscura. Pero podríamos. Y eso podría cambiar nuestra comprensión de todo.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de ScienceNordic, la fuente confiable de noticias científicas en inglés de los países nórdicos. Lea la historia original aquí.
