El Astrónomo Errante

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Proponen un mecanismo que explica el origen tanto de la materia oscura como de la materia ordinaria

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Mapa de la materia oscura

A través de precisas mediciones cosmológicas, los científicos saben que cerca del 4,6% del Universo está compuesto por materia bariónica (átomos normales), aproximadamente el 23% lo forma la materia oscura, y el 72% restante o menos, corresponde a la energía oscura. Los científicos también saben que casi toda la materia bariónica del Universo observable es materia con una carga positiva de bariones, en vez de antimateria, con una carga negativa de bariones. Pero exactamente por qué se llegaron a estas proporciones de materia y energía sigue siendo un misterio.

En un estudio reciente, los físicos han propuesto un nuevo mecanismo que puede generar la asimetría bariónica y la densidad de materia oscura del Universo simultáneamente.

Los científicos, Hooman Davoudias, del Laboratorio Nacional de Brookhaven en Upton, Nueva York; David Morrissey y Tulin Sean, del TRIUMF en Vancouver, Columbia Británica; y Sigurdson Kris, de la  British Columbia University, también en Vancouver, han publicado su nueva propuesta en un reciente artículo en la revista Physical Review Letters. Han llamado el nuevo mecanismo "hylogenesis" de las palabras griegas "hyle", que significa "materia primordial", y "génesis", que significa "origen".

"Hay dos problemas en la física teórica que estamos tratando de abordar a la vez", dijo Sigurdson. "La asimetría bariónica (¿por qué tenemos a los átomos, pero no a los antiátomos en el Universo?) ha sido realmente un problema, ya que Paul Dirac propuso la existencia de la antimateria en 1928 y no fue descubierta hasta 1932. ¿Y qué es la materia oscura? La materia oscura fue descubierta por Fritz Zwicky en 1933, cuando trataba de encontrar la masa perdida en el Cúmulo de Coma, pero su identidad sigue siendo desconocida. Este mecanismo vincula la formación de los átomos y la materia oscura y ayuda a resolver el misterio de la asimetría bariónica, de modo que el saldo total de los bariones visibles y materia oscura del Universo se restaura".

 Materia oscura

En este escenario de la formación de la materia, una nueva partícula X y su antipartícula, anti-X (igual pero de carga opuesta), se produce en el Universo temprano. Las nuevas partículas X y anti-X son capaces de acoplarse a los quarks (los componentes básicos de la materia bariónica, por ejemplo, los protones y los neutrones) tanto en la materia visible como en las partículas de la no visible, llamada así porque sólo interaccionan debílmente con la materia visible. En este escenario, X y anti-X se habrían producido cuando el Universo se calentó después de la inflación, en los primeros instantes tras el Big Bang.

Después, X y anti-X sufrirían un decaimiento, parte dentro de los bariones visibles (en concreto en los neutrones compuestos por un quark arriba y dos quarks abajo,)y parte en la materia no visible. Como explican los científicos, X decae en los neutrones con más frecuencia que anti-X en los antineutrones. De la misma manera, los anti-X decaen más frecuentemente antipartículas de materia oscura que X decae en partículas de materia oscura. En este escenario, los quark serían la materia bariónica que constituye prácticamente todo lo que podemos ver, y los antibariones de materia oscura, podrían ser lo que conocemos como materia oscura. A través de este patrón de deterioro, el número bariónico positivo de la materia visible se encuentra en equilibrio con el número bariónico negativo de la materia oscura.

"La densidad de energía de la materia visible y oscura están muy cerca la una de la otra (que difieren en un factor de cinco)," dijo Tulin. "En muchas situaciones, los procesos que generan la materia visible y oscura no están relacionados, porque ocurrieron durante épocas muy distantes entre sí en los inicios del Universo a través de procesos físicos completamente diferentes. Por lo tanto, este factor de cinco o parece una coincidencia muy grande, o podría ser un indicio de que ambos tipos de materia, tienen un origen común. Creo que esta es la razón principal para tomar en serio estos modelos unificados de la génesis de la materia visible y oscura. "

Los físicos predicen que este mecanismo de formación de la materia podría proporcionar una forma completamente nueva de ver la materia oscura, ya que dejaría una firma que podría ser detectada experimentalmente. Según explican, de vez en cuando una antipartícula de materia oscura podría chocar y aniquilar a una partícula atómica ordinaria, liberando un estallido de energía. Aunque esto es muy raro, existe la posibilidad de que los experimentos en la Tierra que buscan la desintegración espontánea de protones pudieran detectar la materia oscura.

"Tenemos la intención de investigar con más detalle las perspectivas para la detección de la materia oscura en los experimentos de descomposición del nucleón, ya que esto constituye una firma distintiva de nuestra propuesta y puede abrir un nuevo frente en la búsqueda experimental de la materia oscura", dijo Davoudiasl. "Otras posibles señales de hylogenesis pueden aparecer en las observaciones astrofísicas, y tal vez en los datos del acelerador de partículas. Y tenemos la intención de considerar estas posibilidades en nuestro trabajo futuro."

Más información en el enlace.


 
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