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Parece humillante pensar que el universo está compuesto sólo en un 5% de materia normal, como la que forma lo que cotidianamente conocemos. El resto formaría el "lado oscuro del universo", compuesto por materia y energía oscura. Los físicos, ahora, están pensando que, quizás, ese "sector oscuro" sea mucho más complejo: fotones oscuros, electromagnetismo oscuro y hasta su propia química y biología oscuras.
Hemos comentado aquí antes sobre Sean Carroll, físico del Instituto de Tecnología de California y autor de Cosmic Variance, blog en el que transmite sus ideas.
En un reciente post, Carroll nos vuelve a introducir en posibilidades teóricas muy interesantes sobre el "sector oscuro". Allí cuenta que este sector oscuro está compuesto por 25% de materia oscura. Se sabe que es "materia" porque se comporta así, en particular se acumula bajo la fuerza de la gravedad y su energía se diluye al expandirse el universo. Y hay una energía oscura que conforma el 70% del universo, que parece ser raramente uniforme, suavemente distribuída a través del espacio y persistente (que no se diluye) con el tiempo. (Ver "El universo es así")
Pero, hasta ahora, no hay evidencia de nada más interesante, más allá de eso. De hecho, los componentes individuales de materia y energía oscura parecen relativamente simples. Llevando sus características al mínimo provee un buen acuerdo con los datos. Para la materia oscura, mínimo significa que las partículas son frías (se mueven lentamente) y básicamente no interactúan entre sí. Para la energía oscura, significa que es perfectamente constante a través del espacio y tiempo.
Sin embargo, se tienen límites superiores, pero no conclusiones firmes. Es ciertamente posible que haya una gran cantidad de física escondida en el sector oscuro, pero que sea muy sutil para que la notemos. Por lo tanto, es importante que los teóricos propongan modelos específicos, testeables con características más allá de las mínimas.
Así es que Carroll, junto con Lotty Ackerman, Matt Buckley y Marc Kamionkowski están investigando una posibilidad provocativa: que, así como la materia ordinaria está unida a una fuerza de largo alcance conocida como electromagnetismo, mediada por partículas llamadas fotones, la materia oscura está unida a una nueva fuerza de largo alcance a la que se podría llamar "electromagnetismo oscuro", mediada por "fotones oscuros".
Lo que imaginan es que hay un nuevo tipo de fotón, que se relaciona con la materia oscura pero no con la ordinaria. Por lo que podría haber campos eléctricos oscuros, campos magnéticos oscuros, radiación oscura, etc. Esta materia oscura consistiría en partículas con carga oscura de +1 y la otra mitad con carga -1, las antipartículas oscuras. Ahora bien, se sabe que, hablando de materia normal, existe la antimateria. Se especula que al inicio del Big Bang existían en partes muy semejantes pero que había un poco más de materia que de antimateria. Ocurre que al encontrarse las partículas de materia y de antimateria, se aniquilan entre sí. Se piensa que como había más materia, una parte no se habría aniquilado y así tenemos hoy un universo local predominante de materia. Así que, ¿cómo sería posible que existiera 50% de materia oscura y 50% de antimateria oscura y no se aniquilen entre sí?
Según Carroll hay una variedad de posibilidades que explicarían eso. Por ejemplo, que la masa de las partículas de materia oscura haya sido suficientemente grande y su densidad, entonces, habría sido muy baja, por lo que no habría habido mucha aniquilación, ya que no se encontrarían fácilmente si la densidad es muy baja. Se me ocurre imaginar una localidad en la que la densidad de población fuese de 1 habitante por cada 5 km2. No sería muy habitual toparse con un vecino, al menos en comparación a lo que ocurre en Buenos Aires, con una densidad superior a 13.000 habitantes por km2!
Otra posibilidad es que la fuerza electromagnética oscura fuera extremadamente débil, no sería suficientemente efectiva para hacer colisionar a las partículas con sus antipartículas.
Según Carroll, lo interesante es que al hacer cálculos, parecen ser bastante razonables, en lo que concierne a la física de partículas. Para las partículas de materia oscura que pesen varios cientos de veces más que la masa del protón, habría una partícula de materia oscura en un volumen de espacio similar a una taza de café. La fuerza del electromagnetismo oscuro está caracterizada por la constante oscura de estructura fina, así como la fuerza electromagnética que conocemos se caracteriza por la constante de estructura fina (alfa = 1/137). Y, según el científico, el límite superior requerido en la constante oscura de estructura fina para detener la aniquilación de las partículas de materia oscura es muy similar.
Otras ideas se vienen desarrollando al respecto, teorizando sobre la posibilidad de fuerzas de largo alcance o quintaesencia, invocando campos escalares.
Según indica Carroll, una diferencia entre el electromagnetismo oscuro y la fuerza escalar es que el primero tiene tanto carga positiva como negativa y así, fuerzas atractivas y repulsivas. Por lo que es posible imaginar mucho más que una sola especie de materia oscura. ¿Y si se tiene dos tipos diferentes de partículas estables que llevan la carga oscura? Luego seríamos capaces de hacer átomos oscuros y se podría empezar a escribir sobre química oscura. La biología oscura estaría a pocos pasos.
No, claro, para las "mentes oscuras", no hace falta nada de eso. Desgraciadamente, ya existen.
Fuentes y links relacionados- Cosmic Variance:Dark Photons
- Dark Matter and Dark Radiation
Lotty Ackerman, Matthew R. Buckley, Sean M. Carroll, Marc Kamionkowski
arXiv:0810.5126v1
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