Ciencia Kanija

Los cosmólogos y astrofísicos pueden ayudar a guiar a los físicos a construir un modelo de “impartículas”, un nuevo sector propuesto en la física. Recientemente, Hooman Davoudiasl del Laboratorio Nacional Brookhaven ha investigado algunos requisitos básicos que deberían cumplir las impartículas para asegurar que nuestra visión estándar del universo se mantiene intacta.

Las impartículas y sus interacciones con los neutrinos y otros modelos estándar de partículas podrían causar distorsiones en el fondo de microondas cósmico. (Imagen de WMAP de la anisotropía de temperatura del fondo de microondas cósmico)

Davoudiasl es uno del número rápidamente creciente de físicos que han quedado intrigados por la sugerencia del profesor de la Universidad de Harvard, Howard Georgi, de principios de este año de que podría existir un nuevo tipo de sustancia que no puede describirse en términos de partículas dado que sus componentes son invariantes en escala. Esta característica significa que estas impartículas no cambian de apariencia cuando se ven a distintas escalas — lo cual es muy distinto para los objetos con los que estamos familiarizados. Sin embargo, las impartículas podrían ser observadas interactuando con el modelo estándar de partículas a través de operadores contenidos.

“La propuesta de Georgi ha motivado a muchos físicos a preguntarse si podríamos haber pasado por alto algo tan exótico, en nuestros actuales o en futuros experimentos, si no hemos tenido en cuenta sus señales”, dijo Davoudiasl a PhysOrg.com.

Ahora, Davoudiasl ha tratado de poner restricciones a lo que podrían ser las impartículas de tal forma que los físicos pudiesen tener una idea de dónde buscarlas en los nuevos experimentos, especialmente en el Gran Colisionador de Hadrones.

“Mi trabajo apunta a unas severas restricciones cosmológicas y astrofísicas que podrían dar forma a cómo vemos el espacio de parámetros viables de modelos de impartículas”, explica.

Una de las restricciones más fuertes, dice Davoudiasl, podría estar impuesta por la nucleosíntesis del Big Bang (BBN), el modelo que describe la creación de elementos ligeros después de que se enfriara el universo en sus primeros minutos. Con el tiempo las primeras partículas se acoplaron entre sí para formar núcleos atómicos ligeros, las impartículas deben haberse separado en ese momento de las partículas si es que no interfirieron con la BBN (un modelo que funciona muy bien).

Davoudiasl explica que este desacoplamiento de las impartículas y partículas probablemente ocurriría durante los primeros, y muy cálidos, segundos del universo cuando las temperaturas alcanzaron al menos 1 GeV. Tras la transición a la BBN, el calor latente sólo calentaría las partículas, dejando a las impartículas mucho más frías. Como se estudió en modelos extra-dimensionales anteriores, aunque las impartículas podrían enfriar el plasma de partículas calientes en gran parte, la mayor parte del enfriamiento debe estar provocado por la expansión.

Aunque las impartículas se habrían desacoplado durante la BBN, podrían ser capaces de reacoplarse más tarde, donde interactuarían con los neutrinos. Si es así, entonces Davoudiasl predice que el fluido resultante podrían llevar a desplazamientos no estándar en la situación de los picos acústicos del fondo de microondas cósmico.

Otra posibilidad es que las impartículas puedan acoplarse a la materia oscura como las WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles – Partículas Masivas de Interacción Débil). Posiblemente, la inestable materia oscura producida en los inicios del universo podría haber decaído en impartículas, WIMPS, y/u otros tipos de materia oscura. Davoudiasl explica que aproximadamente el 5-10% de la población original de WIMP podría haber decaído en impartículas, y encajar aún en los parámetros cosmológicos medidos hoy. Si es así, entonces las impartículas tendrían aproximadamente la misma densidad de energía que la materia bariónica.

Si las impartículas conforman alguna parte de la densidad de energía cósmica, podrían ser capaces de decaer en el modelo estándar de partículas, explica Davoudiasl. Supone que tal gas invariante en escala podría retornar al sector visible filtrando energía en forma de fotones sin masa. Si esta filtración tiene lugar a escalas de tiempo muy breves en comparación con el tiempo de Hubble, podría de nuevo distorsionar el fondo de microondas cósmico.

Junto con las cosmología BBN, los procesos astrofísicos tales como las supernovas podrían restringir los modelos de impartículas, así como han ayudado a restringir otros tipos de física de la luz (tales como los axiones). Davoudiasl espera que estas restricciones puedan servir como guías para construir modelos de impartículas y finalmente observarlas – si es posible – en experimentos.

“Hasta ahora, la física de impartículas no parece dirigirse hacia ningún problema urgente, y un descubrimiento como este generalmente no se anticipa”, explicó. “Sin embargo, merece la pena considerar nuevas posibilidades cuando estás buscando lo desconocido. Citando a Louis Pasteur, ‘La casualidad favorece a la mente preparada’”.

Para saber más:

Debido a la equivalencia entre temperatura y energía, no es extraño reportar temperaturas en unidades de energía, donde a temperaturas extremadamente altas se utilizan gigaelectron volts (GeV) en lugar de grados Kelvin. 1 GeV es el equivalente a unos 10 000 000 000 000K.

También 1 GeV = 1.60217646 × 10^-10 julios

Esta entrada fue escrita el Viernes, 19 de Octubre de 2007 a las 10:13 am y archivada en Astronomía, Fí­sica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.