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Lunes, 22 julio 2013
Astrofísica

Partículas con un campo electromagnético inusual, ¿la identidad de la materia oscura?

La materia oscura es una forma extraña de materia que no parece emitir ni absorber radiación electromagnética detectable, y que apenas interactúa con otras partículas. En ese sentido, se podría decir que es "invisible" o que es "oscura" como el propio espacio intergaláctico. Sin embargo, se sabe que está ahí porque ejerce una influencia gravitacional en su entorno.

A partir de la rotación de las galaxias, se infiere que hay más masa que la que emite o absorbe radiación. También se deduce la presencia de materia oscura distribuida en filamentos a lo largo de vastas regiones del universo, gracias a la presencia de gas en tales filamentos, atraído por la fuerza de gravedad de la materia oscura. Estas extrañas arquitecturas, a modo de "ríos de gravedad", constituyen una colosal telaraña intergaláctica, sobre la que los redactores de NCYT de Amazings escribimos un artículo (http://www.amazings.com/ciencia/noticias/120802a.html) publicado el 12 de agosto de 2002. Desde entonces, el misterio sigue envolviendo a estos filamentos de materia oscura, que se forjaron a partir de procesos antiquísimos, dictados en buena parte por acontecimientos acaecidos poco después del Big Bang, la inconmensurable explosión con la que se creó el universo.

Paradójicamente, la materia oscura es mucho más abundante en el universo que la materia visible normal; constituye nada menos que el 85 por ciento de toda la materia del universo. La composición de la materia oscura lleva siendo un enigma desde que los físicos comenzaron a debatir sobre ella, pero quizá este enigma esté en vías de resolverse si, como parece respaldar un análisis reciente, es correcta la teoría de que la materia oscura (o la mayor parte de ella) corresponde a partículas que poseen un inusual campo electromagnético en forma de toroide, conocido como anapolo.

El análisis realizado por los físicos teóricos Robert Scherrer y Chiu Man Ho, de la Universidad Vanderbilt, en Nashville, Tennessee, Estados Unidos, apoya esa idea de que la identidad de la materia oscura es la de esas partículas con un raro campo electromagnético. Concretamente, esas partículas serían fermiones de Majorana. La existencia del fermión de Majorana fue predicha en la década de 1930, pero de momento aún no ha sido detectado.

Diversos físicos han sugerido que la materia oscura está compuesta por partículas de Majorana, pero Scherrer y Ho han realizado detallados cálculos que demuestran que estas partículas son particularmente apropiadas para poseer ese raro tipo de campo electromagnético con forma de toroide. Este campo les concede propiedades diferentes a las de las partículas que poseen los campos de dos polos (norte y sur, positivo y negativo) y explica por qué son tan difíciles de detectar.

La mayoría de los modelos de la materia oscura asumen que ésta interactúa mediante fuerzas exóticas que no encontramos en la vida cotidiana. La materia oscura con anapolo utiliza el electromagnetismo común sobre el que uno aprende en la escuela (la misma fuerza que hace que los imanes se peguen al refrigerador), sólo que con la citada configuración inusual.

Un aspecto importante del trabajo de Scherrer y Ho es que ofrece vías claras y factibles para poner a prueba la veracidad de su teoría. El modelo que han desarrollado y los experimentos que proponen ofrecen predicciones muy específicas que se pueden poner a prueba en los enormes detectores de materia oscura que están emplazados a gran profundidad en el subsuelo de distintas partes del mundo. Los experimentos podrán demostrar o descartar la existencia de materia oscura con anapolo.

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Ésta es una comparación de un campo de anapolo con los campos comunes de dipolo eléctrico y magnético. El campo de anapolo, representado arriba, es generado por una corriente eléctrica toroidal. Como resultado, el campo está confinado al toroide, en vez de difundirse como los campos generados por dipolos eléctricos y magnéticos convencionales. (Imagen: Michael Smeltzer, Universidad Vanderbilt)

Los fermiones son partículas como los electrones y los quarks, constituyentes básicos de la materia. Su existencia fue predicha por Paul Dirac en 1928. Diez años más tarde, poco antes de que desapareciera en el mar en circunstancias poco claras, el físico italiano Ettore Majorana (de cuyo apellido deriva el nombre del fermión de Majorana) se basó en el trabajo de Dirac para predecir la existencia de un fermión eléctricamente neutro. Desde entonces, los físicos han estado buscando fermiones de Majorana. El candidato principal ha sido el neutrino, pero los científicos no han podido aún determinar la naturaleza básica de esta escurridiza partícula.

La existencia de un anapolo magnético fue predicha por el físico soviético Yáaov Zeldovich en 1958. Desde entonces, ha sido observado en la estructura magnética de los núcleos de los átomos de cesio-133 e iterbio-174.

Las partículas con los conocidos dipolos eléctricos y magnéticos interactúan con los campos electromagnéticos aunque no estén en movimiento. Las partículas con campos de anapolo, no. Deben estar en movimiento para poder interactuar, y cuanto más rápido se muevan más fuerte será la interacción. Por tanto, las partículas con anapolo habrían interactuado mucho más durante la infancia del universo, interactuando cada vez menos a medida que el universo se expandía y enfriaba, hasta llegar a nuestros días en que su detección es muy difícil, aunque no imposible.

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