Un experimento de alta precisión dirigido por TU Wien ha puesto la mira en localizar los hasta ahora hipotéticos "campos de simetrón" utilizando la fuente de neutrones ultrafríos PF2 en el Institut Laue-Langevin en Francia. Porque la existencia de simetrones podría proporcionar una explicación para la misteriosa energía oscura.

Una cosa es segura:hay algo ahí fuera que aún no sabemos. Durante años, los científicos han estado buscando "materia oscura" o "energía oscura"; con nuestro inventario actual de partículas y fuerzas en la naturaleza, simplemente no podemos explicar los principales fenómenos cosmológicos. como por qué el universo se está expandiendo a un ritmo cada vez más rápido.

Se han sugerido nuevas teorías para la "energía oscura". Uno de los candidatos es el llamado "campo de simetrón, "que se dice que invade el espacio de manera muy similar al campo de Higgs. En la TU de Viena, los investigadores han desarrollado un experimento capaz de medir fuerzas extremadamente pequeñas con la ayuda de neutrones. Las mediciones se tomaron durante una campaña de 100 días en el Institut Laue-Langevin , en su fuente de neutrones ultrafríos PF2. Podrían haber proporcionado indicaciones sobre los misteriosos simetrones, pero las partículas no aparecieron. Aunque este no es el final de la teoría, al menos excluye la posibilidad de que existan simetrones en una amplia gama de parámetros, y la "energía oscura" tendrá que explicarse de manera diferente.

El simetrón, ¿el hermano pequeño del bosón de Higgs?

Según Hartmut Abele, el científico principal del proyecto, la teoría del simetrón sería una explicación particularmente elegante para la materia oscura. "Ya tenemos pruebas del campo de Higgs, y el campo de simetrón está estrechamente relacionado ". Sin embargo, como con la partícula de Higgs cuya masa no se conoció hasta que se confirmó la existencia de la partícula, las propiedades físicas de los simetrones no se pueden predecir con precisión.

Abele explica, "Nadie puede decir cuál es la masa de simetrones, ni con qué intensidad interactúan con la materia normal. Por eso es tan difícil probar su existencia experimentalmente, o su inexistencia ". La existencia de simetrones solo puede confirmarse o refutarse dentro de un cierto rango de parámetros:simetrones, en otras palabras, con masa o constantes de acoplamiento en un rango de valores específico.

Por tanto, los científicos avanzan con cautela, de un experimento a otro, probar diferentes rangos de parámetros. Ya estaba claro que podían excluirse varios rangos. Los simetrones, por ejemplo, con masas elevadas y constantes de acoplamiento bajas, no pueden existir, como ya habrían aparecido a nivel atómico. Las investigaciones sobre el átomo de hidrógeno habrían dado resultados diferentes. Similar, también se pueden excluir los simetrones en un cierto rango con constantes de acoplamiento muy altas, como ya se habrían detectado en otros experimentos con péndulos masivos.

Uso de neutrones como sensores de fuerza en la fuente de neutrones del Institut Laue-Langevin

Dicho eso todavía había mucho margen para admitir la existencia de simetrones, y esto es lo que el equipo ha investigado ahora en el experimento. Se disparó una corriente de neutrones extremadamente lentos entre dos superficies de espejo. Los neutrones se pueden encontrar en dos estados físicos cuánticos diferentes. Las energías de estos estados dependen de las fuerzas ejercidas sobre el neutrón, y esto es lo que hace que el neutrón sea un detector de fuerza tan sensible. Si la fuerza que actúa sobre el neutrón justo por encima de la superficie del espejo es diferente de la fuerza más arriba, esto sería un fuerte indicador de la existencia de un campo de simetrón. Mario Pitschmann de TU Vienna, Philippe Brax del CEA cerca de París y Guillaume Pignol de LPSC en Grenoble han calculado la influencia de un campo de simetrón en el neutrón. Este efecto, sin embargo, no se puede observar, a pesar de la extrema precisión de la medición.

La precisión de la medición de la diferencia de energía es de aproximadamente 2x10 ^-15 electronvoltios (una cifra se debe a la disertación de Gunther Cronenberg). Esa es la energía necesaria para levantar un solo electrón en el campo gravitacional de la Tierra a una distancia de unos 30 micrómetros, que es una cantidad de energía inimaginablemente pequeña.

Los neutrones ultrafríos necesarios para el experimento fueron generados y entregados por el instrumento PF2 del Institut Laue-Langevin. "Con su inigualable flujo de neutrones ultrafríos, PF2 es prácticamente el único instrumento que existe para este tipo de medición de alta precisión a tasas de recuento extremadamente bajas. ", dice Tobias Jenke. Jenke jugó un papel importante en el desarrollo del experimento TU Vienna. Ahora, junto con Peter Geltenbort, responsable de la fuente de neutrones fríos del Institut Laue-Langevin. Austria es miembro científico del Instituto y, por lo tanto, tiene acceso a su conjunto de instrumentos. El experimento es un excelente ejemplo de colaboración científica entre investigadores austriacos y franceses.

Por el momento, las cosas no se ven demasiado brillantes para la teoría del simetrón, aunque es demasiado pronto para excluir por completo su existencia. "Hemos excluido un amplio dominio de parámetros:si hubiera algún simetrón con propiedades en este dominio, lo habríamos encontrado". Sin embargo, para cerrar las lagunas restantes, la ciencia necesita mediciones aún mejores, o un descubrimiento importante que proporcione una solución completamente diferente al misterio de la energía oscura.