Dos físicos teóricos de la Universidad de California, Davis tiene un nuevo candidato para la materia oscura, y una posible forma de detectarlo. Presentaron su trabajo el 6 de junio en la conferencia Planck 2019 en Granada, España y se ha enviado para su publicación.

Se cree que la materia oscura constituye poco más de una cuarta parte de nuestro universo, y la mayor parte del resto es energía oscura aún más misteriosa. No se puede ver directamente pero la presencia de materia oscura puede detectarse porque su gravedad determina la forma de galaxias distantes y otros objetos.

Muchos físicos creen que la materia oscura está formada por alguna partícula aún por descubrir. Durante algún tiempo, el candidato favorito ha sido la partícula masiva de interacción débil o WIMP. Pero a pesar de años de esfuerzo, Hasta ahora, los WIMP no han aparecido en experimentos 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 está casi completamente descartado ".

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 algún acoplamiento débil con los fotones "regulares".

En su nuevo periódico, Terning y el investigador postdoctoral Christopher Verhaaren añaden 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 son predichos por la teoría cuántica, pero nunca se han observado en un experimento. Los científicos sugieren que los monopolos oscuros interactuarían con los fotones oscuros y los electrones oscuros de la misma manera que la teoría predice que los electrones y los fotones interactúan con los monopolos.

Una nueva forma de detectar la 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 detectaría un cambio de fase en su función de onda. Debido a que los electrones existen como partículas y ondas en la teoría cuántica, 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 por el propio campo.

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 buscarlo, "Dijo Terning.

Los haces de electrones son relativamente fáciles de conseguir:se utilizaron microscopios electrónicos para demostrar el efecto Aharonov-Bohm en la década de 1960, y la tecnología de haz de electrones ha mejorado con el tiempo, Terning señaló.

Teóricamente las partículas de materia oscura fluyen a través de nosotros todo el tiempo. Para ser detectable 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 a aproximadamente una milésima de la velocidad de la luz.

Por otra parte, 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 funcionar no existía, sino que la tecnología se puso al día con el tiempo.