Futurología: En la presente década se desvelará el misterio de la materia oscura

Dibujo20130729 dark matter questionnaire - Tim MP Tait

La materia oscura ha sido descubierta gracias a sus efectos gravitatorios, sin embargo, nos gustaría saber si corresponde a una nueva partícula y en su caso cuál es su masa, su espín, si es estable o metaestable, cómo se acopla a las interacciones débiles, al campo de Higgs, a los quarks y gluones, a los leptones, incluso si se trata de una reliquia térmica de la gran explosión (big bang). Hay muchos experimentos en curso que buscan rellenar estos detalles durante la presente década (antes de 2020). La charla de Tim M.P. Tait, “Assembling a Theory of Dark Matter,” Snowmass, Jul 29, 2013 [slides], nos propone un cronograma.

Dibujo20130729 a possible timeline to dark matter discovery - Tim MP Tait

Esta calendario se basa en la idea de que la materia oscura tenga dos posibles candidatos que se repartan al 50%, una partícula WIMP y un axión. Si esta hipótesis fuera correcta, tendríamos la información sobre sus características alrededor del año 2020.

Dibujo20130729 a multi-pronged search strategy indentifies a mixture of dark matter WIMP and axion - Tim MP Tait

Como es obvio, hay muchas teorías que predicen un candidato a la partícula de materia oscura y aún no sabemos cuál será la correcta.

Dibujo20130729 Theories of dark matter - Tim MP Tait

Los tres pilares para el descubrimiento de la partícula responsable de la materia oscura, las búsquedas directas, indirectas y en colisionadores, se complementan entre sí y tienen un gran potencial en la presente década. Quizás sea muy optimista pensar que en el año 2020 ya se haya resuelto el problema de la materia oscura, pero como ya os he comentado en varias ocasiones en este blog, mi opinión es la misma que la de Tait: en la presente década será desvelado el misterio de la materia oscura.

PS (02 Aug 2013): Esta figura muestra el rango de secciones eficaces para la interacción WIMP-núcleo (en el caso independiente del espín) que será explorado por los experimentos durante el próximo lustro.

Dibujo20130802 wimp mass vs wimp-nucleon cross section

 

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12 pensamientos en “Futurología: En la presente década se desvelará el misterio de la materia oscura

  1. Demasiado bueno para ser cierto… Me gustaría verlo, aunque soy escéptico porque demasiadas veces se ha “cantado” el “eureka”. Y el “sector oscuro” lo que podría tener detrás es una dinámica gravitacional no trivial que dificulte su detección. No sé. Posible es, pero la Naturaleza se ha mostrado esquiva hasta ahora con partículas de materia oscura en el LHC. Eso sí, en cuanto descubramos su naturaleza, daremos un paso de gigante en nuestra comprensión del Universo (entre un 24%-26% es dark matter, luego…Dark matter MATTERS). La energía oscura es otro cantar…Y aún muy sibilina…Veremos qué tipo de “campo” puede explicarlas…Tengo curiosidad en ver qué dirán muchos susy-fans y supestringers cuando los modelos más “naive” y otros más avanzados fracasen uno tras otro, jejeje…

  2. Creo recordar que hiciste esa predicción durante tu estupenda conferencia en Naukas Bilbao.

    Por cierto tienes alguna preferencia personal a ser el candidato acertado a materia oscura ?

    • No, Ramiro. Predije que a finales de septiembre de 2012 que en febrero/marzo de 2013 se publicarían datos sobre la polarización del fondo cósmico de microondas (CMB) en los primeros datos del telescopio espacial Planck y que había rumores de que mostrarían un cambio importante en el contenido de energía y materia oscura del universo (había ciertos rumores al respecto). Este año se han publicado los primeros datos del CMB de Planck, pero no se han publicado sus datos sobre la polarización del CMB (se ha utilizado en los análisis los datos de polarización de WMAP-7 porque consideran que los de WMAP-9 contienen algún error sistemático). Como ya sabrás, ha cambiado el contenido oscuro del universo según Planck respecto a WMAP-9 (y respecto a WMAP-7). Hay una tensión entre ambos que aún no ha sido resuelta (está siendo estudiada tanto por ESA como NASA).

      ¿Por qué ha cambiado tanto el contenido del universo (como indicaban los rumores) sin que se haya analizado las medidas de la polarización del CMB? ¿Qué pasará con el contenido del universo cuando Planck (que mide la polarización de forma directa) use sus propios datos en lugar de los de WMAP-7 (que no mide, sino que calcula la polarización de forma indirecta)?

      • Te pido una disculpa Francis. No era mi intención hablar por ti.

        Soló creí recordar que mencionaste que esta década sabríamos “algo” sobre la materia oscura pero que sobre la energía oscura no sabríamos nada al concluir este siglo. Pero seguramente estoy confundiendo ya que no estoy seguro de las afirmaciones

        Lo dicho, me disculpo. Gracias por la aclaración

  3. Voto por algún grupo específico de quarks que en conjunto constituyan una partícula con propiedades similares a las que tienen los neutrones pero que no permitan su decaimiento… no interactuarían electromagnéticamente y son pesados… jejeje

    • Leo, no sé si sabes lo que son los axiones. La QCD (teoría de quarks y gluones) es una teoría que presenta unas soluciones no lineales de tipo solitón llamadas instantones. Estas soluciones requieren que el lagrangiano de la teoría incluya un término adicional compatible con la simetría SU(3). Este término implica un momento dipolar eléctrico del neutrón. Para ser compatible con las medidas de los experimentos dicho término en el lagrangiano tiene que estar muy suprimido (multiplicado por una constante muy pequeña, si no recuerdo mal de unos 10-9, es decir, un ajuste muy fino llamado “problema CP fuerte” en la QCD introducido por Peccei y Quinn). Si existe este término en el lagrangiano, entonces existe un campo escalar que presenta un nuevo tipo de partículas llamadas axiones (un firme candidato a partícula para la materia oscura). Su masa debe ser muy pequeña (mucho menor de 1 eV, es decir, similar a la de los neutrinos) pero los axiones primordiales (al ser bosones) estarían en el universo formando un condensado de Bose-Einstein y se comportarían como materia oscura fría (al contrario que los neutrinos que se comportan como materia oscura caliente).

      • Gracias Francis por responder!!! no tenía conocimiento de ello, buscaré mas información sobre ese tema. Salu2.

  4. Hola a todos en especial a Francis
    Por que no veo dentro de las teorias de la ultima figura a gravedad extendida
    que es importante considerar, pues S. Mendoza, T. Bernal, X. Hernandez, J. C. Hidalgo and L.A.Torres han sacado un articulo (dejo links abajo) que deja mucho que analizar y que seria bueno que hicieras (Francis) un articulo sobre esto.

    scientific paper:
    http://mnras.oxfordjournals.org/content/433/3/1802.full.pdf+html

    news paper publication:
    http://www.jornada.unam.mx/2013/08/01/ciencias/a02n1cie

    comentemos objetivamente sobre esto

  5. Tengo entendido que ese tejido del Universo en la escala de grandes cúmulos de galaxias, que se parece tanto a una red neuronal, se atribuye a la supuesta materia oscura, ya que eso es el resultado de observar el efecto de lente gravitatoria donde aparentemente no hay nada.

    Si observamos el efecto de la gravedad sobre la materia que no es oscura, deducimos que se agrupa orbitando a masas mayores con trayectorias elípticas, eso es lo habitual. También podemos mencionar los discos de acreción de polvo, gas y cuerpos menores…

    Eso es lo que podemos esperar de la gravedad tal como la describe Newton y la relatividad general. Sin embargo la supuesta materia oscura se distribuye de una forma que recuerda a una red neuronal, a gran escala. Eso debería significar que la gravedad no afecta de la misma forma a la materia oscura, y que por lo tanto haya o no haya materia oscura, es la gravedad lo que estructura el Universo en forma de filamentos, es la gravedad la que no funciona de la forma que sabemos, pero todavía está por demostrar si los efectos de lente gravitatoria se deben realmente a materia invisible, o se deben a esa gravedad que organiza el Universo de manera tan extraña.

    Me gustaría decir muchas más cosas a favor de una gravedad diferente, pero aquí no hay espacio para seguir reflexionando. http://origenmateria.blogspot.com.es/

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