Una forma sombría de luz dentro de un universo de partículas hipotéticas está siendo considerada seriamente como medio para descubrir la identidad de la materia oscura. Según un nuevo análisis exhaustivo realizado en cromodinámica cuántica, el fotón oscuro se adapta mucho mejor a los resultados observados de los experimentos en colisionadores de partículas que el modelo estándar de física de partículas, por un margen bastante amplio. De hecho, un equipo de investigadores dirigido por el físico Nicholas Hunt-Smith del Centro de Excelencia ARC para Física de Partículas de Materia Oscura y la Universidad de Adelaida en Australia calculó un nivel de confianza de 6,5 sigma, lo que sugiere las probabilidades de que los fotones oscuros no expliquen las observaciones son del orden de una entre mil millones.
“La existencia de la materia oscura ha quedado firmemente establecida a partir de sus interacciones gravitacionales, pero su naturaleza precisa sigue eludiéndose a pesar de los mejores esfuerzos de los físicos de todo el mundo”, dice Anthony Thomas, físico de la Universidad de Adelaida.
“La clave para comprender este misterio podría estar en el fotón oscuro, una partícula teóricamente masiva que puede servir como portal entre el sector oscuro de partículas y la materia regular”.
La materia oscura es uno de los mayores misterios del Universo. No sabemos qué es, pero hay algo que está teniendo un efecto gravitacional sobre la materia normal.
Las galaxias giran más rápido de lo que deberían si estuvieran llenas de partículas normales. La trayectoria de la luz se curva alrededor de objetos masivos más pronunciadamente de lo que debería, basándose únicamente en la gravedad generada por la materia normal.
Existen varios candidatos para la materia oscura, pero aún tenemos que identificarlos. Y el modelo estándar no ayuda, realmente. Es excelente para la física de partículas de materia normal, pero aún no ha podido dar cuenta de la materia oscura.
Una posibilidad es que hipotéticos fotones oscuros estén involucrados de alguna manera. Así como los fotones normales son portadores de fuerza para el electromagnetismo (la luz), los fotones oscuros podrían conectarse a la materia oscura. Hunt-Smith y sus colegas de la Universidad de Adelaida y el Laboratorio Jefferson en Estados Unidos investigaron los productos de las colisiones de partículas para buscar evidencia de estas elusivas partículas.
“En nuestro último estudio”, dice Thomas, “examinamos los efectos potenciales que un fotón oscuro podría tener en el conjunto completo de resultados experimentales del proceso de dispersión inelástica profunda”.
La dispersión inelástica profunda se refiere a una forma específica en que las partículas pueden dispersarse después de una colisión de alta energía. Utilizando datos de varios colisionadores de partículas, los investigadores exploraron la posibilidad de que los fotones oscuros desempeñen un papel sutil en la forma en que las partículas divergen después de un impacto.
También incluyeron una espina particular en el costado del modelo estándar: la anomalía magnética de los muones. Las mediciones de la forma en que el muón se mueve en un fuerte campo magnético discrepan con las predicciones del modelo estándar en 3 a 4 desviaciones estándar, lo que sugiere la actividad de fuerzas aún por estudiar. Descubrieron que la introducción de la posibilidad de un fotón oscuro no sólo aumenta la preferencia por el fotón oscuro como candidato, sino que reduce significativamente la anomalía magnética del muón.
“Hemos utilizado el marco de análisis global de la función de distribución de partones del Jefferson Lab Angular Momentum (JAM) de última generación, modificando la teoría subyacente para permitir la posibilidad de un fotón oscuro”, dice Thomas.
“Nuestro trabajo muestra que se prefiere la hipótesis del fotón oscuro a la hipótesis del modelo estándar con una significancia de 6,5 sigma, lo que constituye una evidencia para el descubrimiento de partículas”.
Si bien aún queda mucho trabajo por hacer antes de que podamos afirmar que existen fotones oscuros, los investigadores esperan que sus hallazgos persuadan a otros investigadores de anomalías a verificar sus sumas en busca de rayos de luz más allá del Modelo Estándar.
La investigación ha sido publicada en el Journal of High Energy Physics.
Fuente: Science Alert.
