Caricatura del modelo extradimensional deformado, donde la posición a lo largo de la dirección del espacio adicional está representada por el eje horizontal. El espacio-tiempo ordinario está representado por las pantallas ortogonales. La materia ordinaria de la que estamos hechos se localiza en la pantalla central, mientras que Dark Matter vive principalmente en la pantalla derecha. Crédito:Cai, Cacciapaglia y Lee.
Hoy en día, muchos equipos de investigación en todo el mundo están tratando de detectar la materia oscura, una sustancia invisible que se cree que representa la mayor parte de la materia del universo. Como no refleja ni emite luz, su presencia se ha revelado indirectamente a través de sus interacciones gravitatorias con la materia visible.
Hasta ahora, los candidatos a materia oscura más prometedores son los axiones, los neutrinos y las partículas masivas de interacción débil. Recientemente, sin embargo, algunos físicos también comenzaron a investigar la posibilidad de que otro tipo de partículas hipotéticas, los gravitones masivos, pudieran ser candidatos viables a la materia oscura.
La teoría sugiere que se produjeron gravitones masivos durante las colisiones entre partículas ordinarias en el ambiente cálido y denso del Universo primitivo, en los pocos instantes que siguieron al Big Bang. Si bien las teorías predicen su existencia, estas partículas hasta ahora nunca se han detectado directamente.
Investigadores de la Universidad de Corea y la Universidad de Lyon han llevado a cabo recientemente un estudio teórico que explora la posibilidad de que los gravitones masivos puedan ser buenos candidatos para la materia oscura. Los resultados de sus cálculos teóricos se publicaron en un artículo en Physical Review Letters .
"Nuestro estudio comenzó observando las dimensiones adicionales, particularmente las dimensiones adicionales deformadas, que se han estudiado mucho en los últimos 20 años", dijo a Phys.org Giacomo Cacciapaglia, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. "Cuando la gravedad se propaga en este espacio invisible, materializa gravitones masivos. Su acoplamiento con la materia ordinaria es muy débil, siendo de origen gravitatorio".
Densidad reliquia del gravitón masivo en el espacio de parámetros del modelo alabeado. Los puntos a lo largo de la línea roja reproducen la Materia Oscura observada en el Universo, mientras que las regiones sombreadas están excluidas. Crédito:Cai, Cacciapaglia y Lee.
El proceso a través del cual teóricamente se producirían gravitones masivos es extremadamente raro. Por esta razón, la tasa a la que se producen estas partículas sería significativamente menor que la tasa de producción de partículas "ordinarias". Cacciapaglia y sus colegas Haiying Cai y Seung Lee se preguntaron si se produjeron suficientes gravitones masivos en el universo primitivo como para considerarlos un buen candidato a materia oscura.
"Al calcular la tasa de producción de estas partículas, descubrimos que algunos procesos aumentan por debajo de la escala en la que el bosón de Higgs genera masas para las partículas ordinarias, 1 picosegundo después del Big Bang", dijo Cacciapaglia. "Demostramos que esta mejora es suficiente para crear la cantidad correcta de materia oscura en forma de gravitones masivos con masas por debajo del MeV".
Los cálculos realizados por Cai, Lee y Cacciapaglia muestran que, en lugar de estar asociada con la física desconocida que ocurre poco después del Big Bang, la producción de gravitones masivos es más efectiva por debajo de la escala de energía en la que residen los bosones de Higgs. Los bosones de Higgs son partículas elementales que llevan el campo de Higgs, el campo que da masa a las partículas fundamentales como los electrones y los quarks.
"Esto establece una conexión directa entre la física estudiada en el Gran Colisionador de Hadrones en Ginebra y la física de la gravedad y la materia oscura del Universo primitivo", dijo Cacciapaglia. "Nuestros resultados implican que la materia oscura gravitatoria se produce 1 picosegundo después del Big Bang, en un momento en que las teorías actuales describen bien la física de partículas".
En el futuro, los resultados recopilados por este equipo de investigadores podrían inspirar nuevos estudios y cálculos que exploren la producción de gravitones masivos en el universo. Mientras tanto, Cacciapaglia y sus colegas planean construir sobre el modelo teórico presentado en su artículo, al mismo tiempo que evalúan otros candidatos a materia oscura.
"Ahora planeamos investigar otras características de un modelo concreto en una dimensión extra deformada que esbozamos en el artículo", agregó Cacciapaglia. "Estamos particularmente interesados en el papel que desempeña una partícula escalar llamada radión y en la capacidad de prueba potencial en colisionadores de partículas actuales y futuros".
© 2022 Red Ciencia X Las colaboraciones de ATLAS y CMS persiguen lo invisible con el bosón de Higgs
