Como sugiere su nombre, la materia oscura, material que constituye aproximadamente el 85% de la masa del universo, no emite luz, eludiendo la detección fácil. Sus propiedades, también, permanecen bastante oscuros.

Ahora, un físico teórico de partículas en la Universidad de California, Orilla, y colegas han publicado un artículo de investigación en el Revista de física de altas energías eso muestra cómo las teorías que postulan la existencia de un nuevo tipo de fuerza podrían ayudar a explicar las propiedades de la materia oscura.

"Vivimos en un océano de materia oscura, sin embargo, sabemos muy poco sobre lo que podría ser "dijo Flip Tanedo, profesor asistente de física y astronomía y autor principal del artículo. "Es una de las incógnitas conocidas más desconcertantes de la naturaleza. Sabemos que existe, pero no sabemos cómo buscarlo o por qué no ha aparecido donde lo esperábamos ".

Los físicos han utilizado telescopios, gigantescos experimentos subterráneos, y colisionadores para aprender más sobre la materia oscura durante los últimos 30 años, aunque no se ha materializado ninguna evidencia positiva. La evidencia negativa, sin embargo, ha obligado a físicos teóricos como Tanedo a pensar de forma más creativa sobre lo que podría ser la materia oscura.

La nueva investigación, que propone la existencia de una dimensión extra en el espacio-tiempo para buscar materia oscura, es parte de un programa de investigación en curso en UC Riverside dirigido por Tanedo. Según esta teoría, algunas de las partículas de materia oscura no se comportan como partículas. En efecto, las partículas invisibles interactúan con partículas aún más invisibles de tal manera que estas últimas dejan de comportarse como partículas.

"El objetivo de mi programa de investigación durante los últimos dos años es extender la idea de que la materia oscura 'habla' a las fuerzas oscuras, ", Dijo Tanedo." Durante la última década, Los físicos han llegado a apreciar que, además de la materia oscura, las fuerzas oscuras ocultas pueden gobernar las interacciones de la materia oscura. Estos podrían reescribir completamente las reglas sobre cómo se debe buscar la materia oscura ".

Si dos partículas de materia oscura son atraídas o repelidas entre sí, entonces las fuerzas oscuras están operando. Tanedo explicó que las fuerzas oscuras se describen matemáticamente mediante una teoría con dimensiones adicionales y aparecen como un continuo de partículas que podrían abordar los acertijos que se ven en las galaxias pequeñas.

"Nuestro programa de investigación en curso en la UCR es una generalización adicional de la propuesta de la fuerza oscura, ", dijo." Nuestro universo observado tiene tres dimensiones de espacio. Proponemos que puede haber una cuarta dimensión que solo conocen las fuerzas oscuras. La dimensión adicional puede explicar por qué la materia oscura se ha escondido tan bien de nuestros intentos de estudiarla en un laboratorio ".

Tanedo explicó que aunque las dimensiones extra pueden parecer una idea exótica, en realidad son un truco matemático para describir las "teorías de campo conforme", teorías tridimensionales ordinarias que son altamente mecánicas cuánticas. Este tipo de teorías son matemáticamente ricas, pero no contienen partículas convencionales y, por lo tanto, normalmente no se consideran relevantes para describir la naturaleza. La equivalencia matemática entre estas desafiantes teorías tridimensionales y una teoría extra dimensional más manejable se conoce como el principio holográfico.

"Dado que estas teorías de campo conforme eran intratables e inusuales, en realidad no se habían aplicado sistemáticamente a la materia oscura, ", Agregó Tanedo." En lugar de usar ese lenguaje, trabajamos con la teoría holográfica extradimensional ".

La característica clave de la teoría extradimensional es que la fuerza entre las partículas de materia oscura es descrita por un número infinito de partículas diferentes con masas diferentes llamado continuo. A diferencia de, las fuerzas ordinarias se describen mediante un solo tipo de partícula con una masa fija. Esta clase de sectores oscuros continuos es emocionante para Tanedo porque hace algo "fresco y diferente".

Según Tanedo, El trabajo anterior sobre los sectores oscuros se centra principalmente en las teorías que imitan el comportamiento de las partículas visibles. Su programa de investigación está explorando los tipos más extremos de teorías que la mayoría de los físicos de partículas encontraron menos interesantes. quizás porque no existen análogos en el mundo real.

En la teoría de Tanedo, la fuerza entre las partículas de materia oscura es sorprendentemente diferente de las fuerzas que siente la materia ordinaria.

"Para la fuerza gravitacional o fuerza eléctrica que enseño en mi curso de introducción a la física, cuando duplica la distancia entre dos partículas, reduce la fuerza en un factor de cuatro. Una fuerza continua, por otra parte, se reduce en un factor de hasta ocho ".

¿Qué implicaciones tiene esta fuerza oscura extra dimensional? Dado que la materia ordinaria puede no interactuar con esta fuerza oscura, Tanedo recurrió a la idea de la materia oscura que interactúa con uno mismo, una idea iniciada por Hai-Bo Yu, profesor asociado de física y astronomía en la UCR que no es coautor del artículo. Yu demostró que incluso en ausencia de interacciones con la materia normal, los efectos de estas fuerzas oscuras podrían observarse indirectamente en galaxias esferoidales enanas. El equipo de Tanedo descubrió que la fuerza del continuo puede reproducir los movimientos estelares observados.

"Nuestro modelo va más allá y hace que sea más fácil que el modelo de materia oscura autointeractiva explicar el origen cósmico de la materia oscura". "Dijo Tanedo.

Próximo, El equipo de Tanedo explorará una versión continua del modelo del "fotón oscuro".

"Es una imagen más realista para una fuerza oscura, "Tanedo dijo." Los fotones oscuros se han estudiado con gran detalle, pero nuestro marco extradimensional tiene algunas sorpresas. También analizaremos la cosmología de las fuerzas oscuras y la física de los agujeros negros ".

Tanedo ha estado trabajando diligentemente para identificar "puntos ciegos" en la búsqueda de materia oscura por parte de su equipo.

"Mi programa de investigación apunta a una de las suposiciones que hacemos sobre la física de partículas:que la interacción de las partículas está bien descrita por el intercambio de más partículas, ", dijo." Si bien eso es cierto para la materia ordinaria, no hay razón para suponer eso para la materia oscura. Sus interacciones podrían describirse mediante un continuo de partículas intercambiadas en lugar de simplemente intercambiar un solo tipo de partícula de fuerza ".