La materia oscura podría ser de otra dimensión, según nueva teoría

Aunque se calcula que la materia oscura constituye el 80 % de todo lo que existe en el cosmos conocido, nadie sabe realmente lo que es. No por nada muchos científicos intentan detectarla. Y es que, como no refleja ni emite luz, su presencia se ha revelado solo indirectamente a través de sus interacciones gravitatorias con la materia visible. Por eso la llaman “materia oscura”, porque no hemos podido observarla realmente.

En la actualidad, se considera que la materia oscura, además de otros prometedores candidatos como los axiones, los neutrinos y las partículas masivas de interacción débil, podría también estar formada por partículas masivas llamadas “gravitones” que surgieron en el primer momento después del Big Bang.

Materia oscura: gravedad de otra dimensión

Ahora, un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters, sugiere una nueva teoría que apunta a que estos gravitones pueden ser, de hecho, la gravedad de otra dimensión que se manifiesta en nuestra propia estructura dimensional.

La teoría, propuesta por tres investigadores de la Universidad de Corea y de la Universidad de Lyon, propone que los gravitones masivos se produjeron durante las colisiones entre partículas ordinarias en el entorno caliente y denso del Universo primitivo; los cálculos de los científicos del estudio apuntan a que estas partículas podrían haberse creado en las cantidades adecuadas para explicar la materia oscura.

Dimensiones extra deformadas

El equipo encontró estos hipotéticos gravitones mientras buscaba pruebas de dimensiones adicionales, que algunos físicos sospechan que existen junto a las tres dimensiones observadas del espacio y la cuarta dimensión, el tiempo, según reporta Live Science.

En la teoría propuesta, cuando la gravedad se propaga a través de las dimensiones adicionales, se materializa en nuestro Universo como gravitones masivos.

“Nuestro estudio comenzó observando las dimensiones extra, en particular las dimensiones extra deformadas, que se han estudiado mucho en los últimos 20 años”, dijo a Phys.org Giacomo Cacciapaglia, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio.

“Cuando la gravedad se propaga en este espacio invisible, materializa gravitones masivos. Su acoplamiento a la materia ordinaria es muy débil, siendo de origen gravitatorio”, agregó.

Un nuevo candidato a materia oscura

Según afirmó Cacciapaglia a Live Science, a diferencia de los otros candidatos a materia oscura propuestos, como los axiones y neutrinos –que podrían ser detectados por sus interacciones muy sutiles con otras fuerzas y campos–, la principal ventaja de los gravitones masivos como partículas de materia oscura es que solo interactúan gravitatoriamente; por este motivo “pueden escapar a los intentos de detectar su presencia”.

Además, esta cualidad gravitatoria podría ofrecer otra ventaja que respaldaría la nueva teoría. “Debido a sus interacciones tan débiles, decaen tan lentamente que permanecen estables durante toda la vida del Universo”, dijo Cacciapaglia. “Por la misma razón, se producen lentamente durante la expansión del Universo y se acumulan allí hasta hoy”, añadió.

Estudio pone en duda esta noción previa sobre los gravitones

En el pasado, los físicos pensaban que los gravitones eran candidatos poco probables a la materia oscura porque los procesos que los crean son extremadamente raros. En consecuencia, los gravitones se generarían a un ritmo mucho menor que otras partículas. Pero el nuevo estudio pone en duda esta noción sobre los gravitones.

“Al calcular la tasa de producción de estas partículas, descubrimos que algunos procesos se potencian por debajo de la escala en la que el bosón de Higgs genera masas para las partículas ordinarias, 1 picosegundo después del Big Bang”, dijo Cacciapaglia. “Demostramos que este realce es suficiente para crear la cantidad adecuada de materia oscura en forma de gravitones masivos con masas por debajo de los MeV”.

La teoría del equipo conecta la física estudiada en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones con la física de la gravedad, por lo que potentes aceleradores de partículas podrían buscar pruebas de estas potenciales partículas de materia oscura.

“Esto establece una conexión directa entre la física estudiada en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra y la física del Universo temprano de la gravedad y la materia oscura”, dijo Cacciapaglia. “Nuestros resultados implican que la materia oscura gravitacional se produce 1 picosegundo después del Big Bang, en un momento en que la física de partículas está bien descrita por las teorías actuales”.