El misterio de la materia oscura se podría explicar con una teoría simple

La mayor parte de la materia en el universo (materia oscura) puede estar hecha de partículas que poseen un inusual campo electromagnético en forma de rosquilla llamado “anapolo”.

Comparación de un campo anapolar con dipolos eléctricos y magnéticos comunes. El campo anapolar, en la parte superior, se genera por una corriente eléctrica toroidal. Como resultado, el campo está confinado dentro del toroide, en lugar de extenderse hacia fuera como los campos generados por dipolos eléctricos y magnéticos convencionales. Crédito de la imagen: Michael Smeltzer / Universidad Vanderbilt

Esta propuesta, que dota a las partículas de materia oscura de una forma rara de electromagnetismo, se ha visto reforzada por un análisis detallado realizado por los físicos teóricos Prof. Robert Scherrer y el becario posdoctoral Chiu Man Ho., ambos de la Universidad de Vanderbilt.

Los físicos proponen que la materia oscura, una forma invisible de materia que compone el 85% de toda la materia en el universo, puede estar hecha de un tipo de partícula fundamental llamada fermión de Majorana. La existencia de la partícula fue vaticinada en 1930, pero se ha resistido obstinadamente a su detección.

Varios físicos han sugerido que la materia oscura está hecha de partículas de Majorana, pero Scherrer y Ho han realizado cálculos detallados que demuestran que estas partículas son las más apropiadas para poseer un tipo de campo electromagnético muy raro, con forma de rosquilla, llamado “anapolo”. Este campo les da propiedades diferentes a las de las partículas que poseen los campos más comunes con dos polos (norte y sur, positivo y negativo) y explica por qué son tan difíciles de detectar.

La mayoría de los modelos de materia oscura suponen que interactúan a través de fuerzas exóticas que no se encuentran la vida cotidiana. La materia oscura anapolar hace uso del electromagnetismo ordinario que se aprende en la escuela, dice Scherrer. Además, el modelo hace predicciones muy específicas sobre la tasa a la que deben aparecer en los grandes detectores de materia oscura que están enterrados bajo tierra en todo el mundo. Estas predicciones muestran que la existencia de la materia oscura anapolar pronto, o bien se podrá descubrir, o se podrá descartar.

Los fermiones son partículas como los electrones y los quarks, que son los componentes básicos de la materia. Su existencia fue predicha por Paul Dirac en 1928. Diez años más tarde, poco antes de desaparecer misteriosamente en el mar, el físico italiano Ettore Majorana produjo una variación de la fórmula de Dirac que predice la existencia de un fermión eléctricamente neutro. Desde entonces, los físicos han estado buscado los fermiones de Majorana. El candidato principal ha sido el neutrino, pero los científicos no han podido determinar la naturaleza básica de esta escurridiza partícula.

La existencia de la materia oscura también fue propuesta por primera vez en la década de 1930 para explicar las diferencias en la tasa de rotación de los cúmulos galácticos. Posteriormente, los astrónomos han descubierto que las estrellas lejos del centro de las galaxias se mueven a velocidades mucho más altas de las que se pueden explicar por la cantidad de materia visible que contiene las galaxias. La forma más directa de explicar estas discrepancias es suponer que contienen una gran cantidad de materia “oscura” invisible.

Los científicos plantean la hipótesis de que la materia oscura no se puede ver en los telescopios debido a que no interactúa fuertemente con la luz y otras radiaciones electromagnéticas. De hecho, las observaciones astronómicas han descartado la posibilidad de que las partículas de materia oscura posean cargas eléctricas.

Más recientemente, sin embargo, varios físicos han estudiado las partículas de materia oscura que no llevan cargas eléctricas, pero tienen dipolos eléctricos o magnéticos. El único problema es que incluso estos modelos más complejos se descartan para las partículas de Majorana. Esa es una de las razones por las que Ho y Scherrer observaron de cerca la materia oscura con un momento magnético anapolar.

Las partículas con dipolos eléctricos y magnéticos conocidos interactúan con los campos electromagnéticos, incluso cuando están estacionarios. En cambio, las partículas con campos anapolares no lo hacen. Deben estar en movimiento para interactuar, y mientras más rápido se muevan más fuerte será la interacción. Como resultado, las partículas anapolares habrían interactuado mucho más en el universo temprano, y se han vuelto menos interactivas a medida que el universo se ha expandido y enfriado.

Las partículas de materia oscura anapolar sugeridas por Ho y Scherrer se habrían aniquilado en los inicios del universo, al igual que otras partículas de materia oscura propuestas, y las partículas sobrantes del proceso constituirían la materia oscura, pero debido a que hoy en día la materia oscura se mueve mucho más lentamente, y debido a que la interacción anapolar depende de la rapidez con que se mueve, estas partículas habrían escapado la detección hasta el día de hoy.(Ciencia al día)
La investigación se publica en Physics Letters B.
Fuente: Newswise