¿Nueva partícula pesada con propiedades similares a las del bosón de Higgs?

Unos científicos han dado a conocer un estudio donde intentan extender el Modelo Estándar de la física de partículas (en cierto modo, el equivalente en física de partículas de ‘la tabla periódica’ en química) y responder a algunas de las incógnitas que no pueden explicarse en dicho modelo: ¿de qué está hecha la materia oscura?, ¿por qué los distintos constituyentes de la materia o fermiones tienen masas tan diferentes?, o ¿por qué la fuerza de la gravedad es mucho más débil que la interacción electromagnética?

El trabajo es obra de científicos de la Universidad de Granada (UGR) en España y la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia en Alemania, y se publica en la revista académica European Physical Journal C, bajo el título de “A warped scalar portal to fermionic dark matter”.

El estudio se basa en la presencia de una pequeña dimensión espacial, “tan pequeña que solo podemos tener constancia de ella a través de sus efectos indirectos”, explica Adrián Carmona, de la Universidad de Granada y miembro del departamento de Física Teórica y del Cosmos, uno de los autores del estudio.

Ya en los años 20 del siglo XX, en un intento por unificar las fuerzas de la gravedad y el electromagnetismo, Theodor Kaluza y Oskar Klein especularon sobre la existencia de una dimensión adicional más allá de las conocidas tres dimensiones espaciales y el tiempo, que en física se combinan en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

Dichos modelos se popularizaron en la década de los 90, cuando los físicos teóricos se dieron cuenta de que teorías con dimensiones adicionales curvas podían explicar algunas de las preguntas más importantes del campo. Sin embargo, a pesar sus múltiples puntos fuertes, dicho modelos carecían en general de un candidato viable a materia oscura.

Ahora, más de 20 años después, Adrián Carmona, junto con colaboradores de la Universidad de Maguncia, el profesor Matthias Neubert y el estudiante de doctorado Javier Castellano, han predicho la existencia en estos modelos de una nueva partícula pesada con propiedades similares a las del famoso bosón de Higgs.

Simulación de una colisión de partículas en la que se genera un bosón de Higgs. (Imagen: Lucas Taylor / CMS, CERN)

“Dicha partícula podría jugar un papel fundamental en la generación de masas de todas las partículas sensibles a esta dimensión extra, y ser a la vez la única ventana relevante a un posible sector oscuro responsable de la existencia de materia oscura, lo que resolvería de un solo golpe dos de los mayores problemas de estas teorías a priori desconectados”, explica el investigador de la UGR.

Sin embargo, a diferencia del bosón de Higgs, que fue descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en 2012 tras una búsqueda de más de 40 años, la partícula propuesta por estos investigadores es tan pesada que no podría ser producida de forma directa en dicho experimento, el colisionador de partículas de mayor energía del mundo.

En el estudio, los investigadores examinan otras posibles vías de descubrir dicha partícula, intentando obtener pistas sobre la física en una etapa muy temprana de la historia de nuestro universo, cuando se produjo la materia oscura. (Fuente: UGR)