Hola Elementales,
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Halos de materia oscura tejen el espacio uniendo
galaxias, cúmulos de galaxias, etc... |
Es curioso como la historia va quitando y poniendo de moda teorías, que tan pronto se vuelven populares como se olvidan. Para mucho más adelante desempolvarse y volver a ponerse en auge...
Para los griegos el mundo podía explicarse a partir de un número limitado de elementos. Así, para Aristóteles eran 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego, más un quinto elemento para poder explicar el mundo perfecto de las estrellas y demás cuerpos celestes. A este quinto elemento se le denominó "quinta esencia" (hace poco se ha vuelto a pensar que hace falta finalmente).
Durante toda la Edad Media se daba por sentado que el mundo estaba dividido entre lo terrenal y lo divino, la esfera terrestre y las esferas donde habitaban los planetas, el Sol y tras ellas... el mundo mítico.
Fue Isaac Newton quien demostró que las leyes del movimiento de los planetas eras las mismas que las de la caída de los cuerpos en la Tierra, con su famosa Ley de Gravitación y su dinámica.
Todo el avance de la ciencia desde entonces (y hasta hace muy poco) ha ido avanzando unívocamente en la misma dirección: el descubrimiento de las leyes de la química, y el análisis espectral, confirmaron que incluso la estrella más distante estaba compuesta por los mismos elementos químicos conocidos en la tabla periódica.
Por todo ello se postuló que las leyes de la ciencia debían ser iguales en cualquier parte del Universo y en cualquier otro momento (eran invariantes en el espacio y en el tiempo en nuestro Universo). Hoy en día hay dudas, no del todo descabelladas, de que sea realmente así: puede que las constantes de las fuerzas de la naturaleza no hayan sido siempre así, o puede que sí. Incluso puede que no lo sean ahora en otras partes del Universo...
Todo el avance en el microcosmos del siglo pasado no hizo sino avanzar en la misma idea: en vez de elementos (átomos), había electrones, protones y neutrones. Después se cambiaron los elementos fundamentales más pequeños: por quarks, neutrinos y electrones. Nuevos actores en el teatro del microcosmos pero el mismo juego básico.
El avance en el nivel de energía (y en el tamaño cada vez más pequeño) descubrió algo relativamente nuevo: partículas que no pertenecían a nuestro mundo cotidiano. Como los elementos químicos más pesados , los últimos 4 quarks y leptones, la antimateria. Todos ellos partículas inestables y radiactivas: no perduraban, sus vidas medias eran de hecho cortísimas (hasta fracciones minúsculas de segundo como mili, micro, nanosegundos, etc...).
La interpretación oficial tampoco varió la filosofía general: son partículas inestables al nivel de energía al que se encuentra ahora nuestro universo, y en concreto nuestro mundo, pero existieron y eran frecuentes en momentos, o en otros lugares, anteriores cuando el Universo estaba mucho más caliente.
Por más que avanzábamos en el nivel de energía, más convencidos estábamos de que sólo faltaba por descubrir la estructura más pequeña de la materia, y por recrear las condiciones del Universo inicial, el comienzo de todo, y descubrir las interacciones entre ellas a esas energías. Pero se creía que todo lo que se encontraba o hallaba no existían en nuestros días...
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Tabla de todos los isótopos posibles en esquema x/y
x: numero de protones
y: numero de neutrones
Y posible isla de estabilidad más adelante... |
Hubo un sueño de encontrar una "
Isla de Estabilidad" con isótopos no-radiactivos más allá de los elementos conocidos... ya se ha creado artificialmente hasta el elemento número 112 (con 112 protones). Todos los elementos a partir del plomo son radiactivos, esto es, inestables y se desintegran de forma espontánea en otros con configuración energética menor... ¿habrá algún elemento "estable" trasuránico? Aún no tenemos respuesta... las ecuaciones que gobiernan los átomos grandes las conocemos bien, pero el sistema es tan complejo de calcular que no podemos resolverlas aún. Es decir, predecir a priori el resultado de un núcleo introduciendo el número de protones y de neutrones, y determinar cómo serían todas sus propiedades, (incluyendo su carácter radiactivo). O simplemente demostrar que no hay elementos no radiactivos tras el plomo.
Hay varios centros de investigación trabajando de forma empírica en ello: bombardean núcleos pesados con neutrones, protones, otros núcleos más ligeros... o lanzan dos núcleos medianos que tras chocar se fusionan (así se han conseguido los últimos éxitos).
Pero todo el mundo daba por sentado que las partículas subatómicas eran, con excepción del protón, inestables. El neutrón sólo es estable unido a un núcleo, es la partícula inestable más longeva: vive 1 segundo fuera de un núcleo. Los quarks no pueden existir "solos" por su carga de color. Los electrones y los neutrinos sí son estables...
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Choque de dos galaxias: el halo de gas intergaláctico interactúa
fuertemente en el choque y radia en rayos x, rosa en la foto.
La materia oscura no interactúa y cruza fantasmalmente sin
frenarse en azul. |
De repente descubrimos que lo más grande estaba delante de nosotros todo el tiempo y no lo habíamos visto, ni nos habíamos percatado de ello: hay algo en el Universo en cantidades ingentes. y ni lo vemos ni lo podemos detectar, sólo sabemos que existe por sus efectos gravitatorios: las galaxias no podrían ni existir, se disgregarían al rotar, si no hubiera algo que tirara gravitacionalmente de ellas y las mantuviera con la forma que nos es familiar. Lo mismo sucede con los grandes cúmulos de galaxias y estructuras gigantescas en el Universo... "sentimos" su tirón gravitacional, y en algunos casos podemos calcular su masa también por el efecto de "lente gravitacional" predicha por la teoría de la Relatividad de Einstein (como una gran masa curva el espacio, curva también la trayectoria de un rayo de luz al propagarse por él... como una lente).
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Efecto de las lentes gravitacionales fuertes
observado por el Telescopio espacial Hubble
en Abell 1689 que indica la presencia de materia
oscura. Agrandar la imagen para ver los arcos
producidos por las lentes gravitacionales.
Créditos: NASA/ESA Cortesia de Wikipedia. |
Ese "algo" de lo que no tenemos ni idea de qué puede ser, se ha venido en llamar "
materia oscura" y sea lo que sea debe de haber cuatro veces más cantidad que de toda la materia "normal" o bariónica (de la que estamos hechos usted y yo y las estrellas, los planetas, etc...).
Se abre el debate: ¿sólo está en el Universo y no en nuestro mundo?¿O también está aquí y no la hemos sabido detectar? Tal vez está pero sólo la detectamos en cantidades ingentes tan grandes que parece no afectar ni a escala planetaria, ni a nivel de una estrella, ... sólo a nivel galáctico o mayor comienza a notarse.
Para postular candidatos a algo así, se han empleado a fondo: básicamente podría haber materia oscura caliente y fría.
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Simulación de cómo se distribuiría la materia
oscura con el modelo "frío". Y se ajusta muy
bien a todas las medidas y efectos observados |
La
materia oscura caliente podría estar constituida por partículas que viajan a velocidades relativistas. Podrían ser neutrinos muy pesados y partículas así. Por las medidas efectuadas sabemos que, si hay de este tipo, no es un constituyente en proporciones significativas... puede ser un pequeño ingrediente pero no su principal.
También se ha pensado en toda la
materia bariónica ocultable MACHO : estrellas enanas apagadas, enanas marrones, planetas expulsados de sus órbitas lejos de estrellas, nubes de gases no brillantes, etc... (sigue siendo un posible componente de muy poco peso).
La
materia oscura fría: estaría compuesta por partículas estables, que no interactúan con las fuerzas tradicionales salvo la gravedad y quizá pero muy tímidamente la interacción débil. Se han postulado partículas como las como los
WIMPs y los
axiones
Los
Axiones eran unas partículas postuladas para conseguir que se conservara la simetría CP en las interacciones nucleares fuertes en el marco de la teoría de la Cromo dinámica Cuántica. Al igual que en su día se postuló el neutrino para que se conservara la energía. Con todos nuestros respetos el principio de conservación de la energía era y es mucho más importante, por las consecuencias e implicaciones que tendría el no cumplirse, tanto en efectos como en principios. En cambio la simetría CP aún no estamos seguros...pero puede ser tan interesante que se cumpla como que no. De existir no interactuarían con la fuerza fuerte, ni con la la electromagnética y serían muy pequeños... Se pensó que tal vez podrían ser parte de la materia oscura, pero las ultimas estimaciones dicen que tendrían una masa inferior a 10
-7 eV lo que practicamente los haría insignificantes aunque fueran reales...
Los
WIMPS (Weakly Interactive Massive Particles) o Partículas de interacción Débil Masivas, son como su nombre indica, unas hipotéticas partículas que se han postulado para intentar explicar lo que se conoce de la materia oscura: serían como los neutrinos: sólo interactúan con la gravedad y la fuerza débil, pero no con el electromagnetismo ni con la fuerza nuclear fuerte, y si acaso con alguna fuerza más, aún no descubierta más débil aún que la débil. Serían muy pesados comparados con los neutrinos, lo que explicaría que se muevan muy despacio y con gran inercia, tal y como lo hace la materia oscura. No hay ninguna partícula en el modelo Estándar que sea como ésta: habría que buscarla fuera de él. Una posible partícula serían los
neutralinos propuestos por la modelos
supersimétricos .
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| Esquema de Supersimetría. Cortesía de Wikipedia. |
Supersimetría:
Aunque dedicaremos una entrada en exclusiva a estas teorías, haremos una pequeña introducción. Empezaron por intentar explicar por qué hay el mismo número de determinadas partículas como leptones y hadrones, y que las cargas "coincidan" (el electrón parece tener la misma carga que el protón) se empezaron a desarrollar nuevos tipos de simetrías que consiguieran que no hubiera que ajustar a mano, si no que fueran una necesidad por el tipo de universo en el que vivimos. Avanzando en estas ideas surgen nuevos tipos de partículas: unas (bosones) portarían y generarían nuevas fuerzas aún desconocidas; y otras, nuevos tipos de partículas (fermiones).
Así, la teoría más aceptada, y que forma parte de hecho de las teorías de cuerdas llamadas supersimétricas por esta razón, viene a postular que a cada fermión le corresponde un nuevo bosón, al que se le llama igual pero comenzando por "s": slectrón, sneutrino, squarks (sup, sdown, sstrange, scharmed, sbotton, stop), smuon, stau, ... (y así si hubiera más familias). Todos ellos representarían exóticas nuevas interacciones.
Y a cada bosón le correspondería un nuevo fermión, esto es una nueva partícula. Se denominaría como el bosón terminado en "ino": fotonino, gluonino, zino,wino, higgsino...
Todas ellas serían mucho más pesadas que sus respectivas compañeras supersimétricas, de ahí que aún no se hayan detectado. ¿O no las hemos buscado, ni sabido cómo hacerlo? Como prueba de ello, muchos grupos de investigación se han puesto a volver a revisar todos los datos almacenados del antiguo LEP(la maquina anterior al LHC en el mismo anillo de Ginebra del CERN) y de la anterior en el Fermilab para buscar trazas de partículas descartadas como ruido estadístico, etc...
El neutralino sería la más ligera de todas o una combinación o superposición de estados de varias de ellas...
La partícula más ligera sería muy, muy pesada, pero como no hay forma en la teoría de que se desintegre en alguna partícula más ligera de su mismo grupo sería estable! Habría un principio de conservación de la supersimetría, no hay fuerza que conmute entre las partículas conocidas y las nuevas supersimétricas o viceversa...
¿Cómo es posible? ¿Habrá, finalmente, materia estable a muy alta energía? ¿Habrá al final de todo la tan buscada Isla de Estabilidad? ¡Estaría en el mundo de las partículas subatómicas, tras todas las que ya se conocen inestables, y no en el mundo de los átomos! Toda la comunidad científica está en ello... al fin y al cabo la materia oscura es una forma de decir "no tenemos ni idea" ni lo esperábamos....
¿Qué pensáis vosotros Elementales? ¿Se os ocurren más candidatos a componentes de la materia oscura? ¿No podría ser que al final simplemente no entendamos tan bien como creíamos la Gravedad? Hay más explicaciones... pero esta es la única coherente con todo lo que sabemos... que paradojicamente resulta ser que no sabemos... la ciencia básica es ahora mismo todo un espectáculo, parece que no agotamos sus sorpresas más fundamentales...
Estamos ansiosos por tener nuevas noticias. ¡Y tan pronto surjan os tendremos informados!
Un saludo Elementales
Francisco Jose Menchen
