Físicos plantean un nuevo portal para mirar al sector oscuro del Universo

Los portales mezclan o conectan las partículas del sector oscuro con las partículas del modelo estándar. A través de los portales es posible explorar las partículas del sector oscuro usando las partículas del Modelo Estándar. Los portales juegan un papel fundamental y crítico en el estudio de las partículas del sector oscuro, tanto teóricamente como experimentalmente.

En un principio, el Universo fue sólo una sopa caliente de partículas. En aquellos días, junto con las partículas visibles, pudieron formarse otras partículas oscuras u ocultas para nosotros.

Miles de millones de años más tarde los científicos catalogaron 17 tipos de partículas visibles, siendo el más reciente el bosón de Higgs, creando el Modelo Estándar. Sin embargo, todavía están luchando para detectar las partículas ocultas, las que constituyen el sector oscuro del Universo.

Científicos del Center for Theoretical Physics of the Universe, perteneciente al Institute for Basic Science (IBS), han propuesto un portal hipotético que conecta dos posibles partículas del sector oscuro; su investigación podría abrir una nueva perspectiva en la oscura comprensión del sector oscuro. Publicado en Physical Review Letters, este estudio tiene implicaciones en la cosmología y la física de astropartículas.

Los físicos tienen un montón de ideas acerca de lo que estas partículas del sector oscuro parecen. Un candidato es el axion, que es una partícula muy ligera que puede resolver algunos problemas teóricos del Modelo Estándar. Otro candidato es el fotón oscuro: una partícula muy ligera que comparte algunas propiedades con una de las partículas del Modelo Estándar, que es el fotón, el constituyente de la luz visible. Sin embargo, mientras los fotones se acoplan a la carga electromagnética, los fotones oscuros se unen a la llamada carga oscura, que podría ser transportada por otras partículas del sector oscuro.

Los físicos creen que el sector oscuro se comunica con el Modelo Estándar a través de portales. Por ejemplo, un portal vectorial permitiría la mezcla entre fotones y fotones oscuros. Y un portal de axión conecta axiones y fotones.

Sólo hay varios portales posibles que los físicos han identificado, y cada portal es una herramienta importante en los estudios teóricos y experimentales en la búsqueda de partículas del sector oscuro. Un equipo de científicos de IBS han planteado la hipótesis de la existencia de un nuevo portal que denominan el "portal del axión oscuro" que conecta fotones y axiones oscuros.

La idea central del portal del axión oscuro se basa en la observación de que los nuevos quarks pesados también pueden tener una carga oscura que se acopla al fotón oscuro. A través de los quarks pesados, el axión, el fotón y el fotón oscuro pueden interactuar entre sí.

Los científicos de IBS imaginan que el portal de axion oscuro podría traer ideas para nuevos experimentos. Hasta el momento, la búsqueda de axiones se ha realizado utilizando sólo el portal axión, que conecta el axión a un par de fotones (acoplamiento axión-fotón-fotón). Del mismo modo, la búsqueda de fotones oscuros se ha realizado utilizando un portal diferente, a saber, un portal vectorial, que permite una pequeña mezcla entre el fotón oscuro y el fotón.

El portal oscuro del axión podría vincular los dos: "El portal oscuro del axión sugiere la primera conexión significativa entre las dos físicas, que han sido estudiadas por separado: conecta los puntos. Esto permitirá la reinterpretación de los datos previos y potencialmente hará un gran avance en la búsqueda del axión y de los fotones oscuros ", explica Lee Hye-Sung, autor correspondiente del artículo.