Una nueva investigación sugiere que si la materia oscura estuviera formada por “fotones oscuros”, no habrían calentado el cosmos primitivo como imaginaban los científicos. De confirmarse este descubrimiento, podría suponer un cambio de paradigma en la búsqueda de la sustancia más misteriosa del universo.
La materia oscura sigue siendo un enigma porque, aunque es cinco veces más abundante que la materia ordinaria que forma las estrellas, los planetas y nuestros cuerpos, es prácticamente invisible. Esto se debe a que no interactúa con la luz. La falta de interacción con la luz, a diferencia de los electrones, protones y neutrones que sí lo hacen, ha impulsado la búsqueda de partículas más allá del Modelo Estándar de física de partículas, dando lugar a varios candidatos hipotéticos para la materia oscura.
Entre estos candidatos se encuentra el fotón oscuro, que sería la versión del universo oscuro de un fotón capaz de transportar una fuerza distinta al electromagnetismo, que es la función de los fotones convencionales.
En el pasado, la teoría predominante entre los científicos era que los fotones oscuros se transformarían en fotones ordinarios mientras aún se encontraban en el plasma denso y caliente que llenaba el cosmos primitivo. Este proceso daría como resultado un calentamiento aún mayor de este plasma ya hirviendo y dejaría rastros detectables de fotones oscuros.
Semejante escenario limitaba estrictamente los parámetros de búsqueda de la existencia de fotones oscuros, hasta el punto de que muchas observaciones cosmológicas descartaban su presencia.
Sin embargo, nuevas simulaciones por ordenador indican que el rechazo de los fotones oscuros puede haber sido algo apresurado. La conversión de fotones oscuros en fotones ordinarios habría cesado antes de que pudiera producirse un calentamiento significativo.
Esta nueva comprensión devuelve al juego parámetros de búsqueda que anteriormente habían sido excluidos.
“Estas exclusiones sugirieron que la fuerza de la materia oscura debería ser 10 ^ 8 veces más débil de lo que realmente puede ser”, dijo Anson Hook, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Maryland. Añadió que “este artículo abre muchas posibilidades nuevas para la búsqueda de materia oscura”.
El equipo detrás de esta investigación comenzó a notar signos de que la transformación de fotones oscuros en fotones puede no ser tan sencilla como se suponía anteriormente, cuando se dieron cuenta de que la cantidad de energía involucrada era sospechosamente grande. El problema, empezaron a sospechar, era que este proceso se había considerado lineal; es decir, la energía liberada se convertiría gradual y constantemente en plasma.
“El tratamiento de los últimos 15 años es un tratamiento lineal. Si se utiliza esta aproximación, se puede calcular la cantidad de transferencia de energía, y es muy grande”, dijo Junwu Huang, miembro del equipo del Perimeter Institute. Reconoció: “Y me di cuenta de que no es posible”.
Al realizar sus primeras simulaciones por ordenador, Huang y sus colegas descubrieron que el proceso lineal no ofrecía una representación completa de la situación.
“Lo que nos dimos cuenta es que al convertir energía en el plasma del modelo estándar, el plasma en realidad se vuelve loco”, dijo Huang. “Hay muchas no linealidades en el sistema, y estas no linealidades básicamente detienen la conversión de energía después de convertir una pequeña cantidad de energía”.
La investigación representa una expansión significativa de los parámetros en los que podrían existir los fotones oscuros, ampliando enormemente este metafórico “coto de caza”. Además, puede tener implicaciones para la búsqueda de partículas hipotéticas que vayan más allá del modelo estándar de física de partículas.
“Al calcular correctamente el plasma del universo primitivo, los experimentos explorarán nuevos espacios de parámetros y potencialmente verán algo”, dijo Mohamad Shalaby, también miembro del equipo del Perimeter Institute.
