Unas
exóticas estructuras cósmicas conocidas como paredes de dominio cósmico
podrían observarse desde la Tierra midiendo el sutil efecto de campos
similares a los magnéticos cuando pasan a través de nuestra galaxia.
Esta es la conclusión de un equipo de físicos de Estados Unidos, Canadá y
Polonia que ha propuesto una nueva forma de estudiar la naturaleza de
las misteriosas materia y energía oscuras, que se cree que impregnan el
universo.
El
modelo cosmológico estándar actual del Big Bang asume que gran parte de
la energía del universo está contenida en dos misteriosas sustancias:
energía oscura y materia oscura. La materia oscura explica las anomalías
en el movimiento de las galaxias, y se cree que cuenta con,
aproximadamente, el 20% de la energía del universo. La energía oscura se
introduce para explicar la expansión acelerada del universo, y se le
otorga un 75% de la energía. Búsquedas más directas suponen que la
materia oscura consta de algún tipo de partícula, mientras que, a
menudo, se estima que la energía oscura aparece en forma de una
“constante cosmológica” que se añade a la ecuación de campo de la
relatividad general. Sin embargo, también se han propuesto otra serie de
posibilidades.
Paredes de dominio
Paredes y axiones
Una
idea es que la materia y energía oscuras están contenidas dentro de
objetos conocidos como “paredes de dominio”. Estas estructuras se
formarían dentro de un tipo exótico de campo de fuerza mediado por unas
partículas subatómicas aún por descubrir, conocidas como axiones, que se
propusieron originalmente en la década de 1970 como una forma de tener
en cuenta el hecho de que el universo parece tener mucha más materia que
antimateria. En el joven y caliente universo, la fuerza del campo
habría variado aleatoriamente en el espacio, pero conforme se expandía y
enfriaba el cosmos, el campo se habría fijado en valores aislados en
amplias regiones. Los límites entre estas diferentes regiones serían las
paredes de dominio, con el salto repentino en el campo a través de los
muros dotándolos de energía.
En el
último trabajo, una colaboración liderada por el teórico Maxim Pospelov
de la Universidad de Victoria en British Columbia y el experimentalista
Dmitry Budker de la Universidad de California en Berkeley, se
propusieron establecer si podrían detectarse tales paredes usando
instrumentos desde la Tierra. La idea de los investigadores es usar
magnetómetros, dispositivos hechos de átomos cuyos espines están
inicialmente alineados y que pueden girarse mediante un campo magnético
externo. Un campo creado por axiones sería “escalar”, es decir que, al
contrario que un campo magnético, no tiene una dirección del espacio
preferida y, por tanto, no afectaría normalmente a la medida de un
magnetómetro. Sin embargo, un cambio en la fuerza del campo, como
ocurriría en una pared de dominio, afectaría a los espines de los átomos
del dispositivo.
Para
calcular si podría medirse este efecto, Pospelov y sus colegas
supusieron que las paredes de dominio almacenarían una fracción
considerable de la materia o la energía oscuras del universo. Sobre este
supuesto calcularon tanto el campo magnético efectivo generado, como el
tiempo que llevaría a la Tierra pasar a través de una pared, asumiendo
el movimiento relativo a la red de paredes de dominio a una velocidad
galáctica típica de una milésima de la velocidad de la luz. Los
investigadores encontraron que, para un amplio rango de posibles valores
de la masa del axión y el acoplamiento entre el campo asociado y la
materia común, tanto la fuerza del campo magnético asociado como el
tiempo de interacción estarían dentro de los magnetómetros modernos.
También establecieron que tales interacciones tendrían lugar, al menos,
una vez cada pocos años.
Observaciones relativamente raras
Como
señalan los investigadores, estas observaciones, relativamente raras,
serían difícilmente identificables entre el continuo ruido de fondo
procedente del propio magnetómetro, su aislamiento y una variedad de
fuentes externas tales como tendidos de alta tensión, vehículos que
pasen cerca o incluso tormentas magnéticas en la atmósfera terrestre. La
solución que proponen es crear una red de, al menos, cinco de tales
dispositivos. Cuatro establecerían la velocidad y dirección de viaje de
una pared que pase por ellos. Estos datos se usarían para calcular el
tiempo de interacción de la pared con el quinto dispositivo. Si la
predicción y medida encajan, dice Budker, “entonces puedes tener más
seguridad de haber visto una pared de dominio”
Los
investigadores han estado evaluando el rendimiento de dos prototipos de
dispositivos, uno situado en Berkeley, y el otro en la Universidad
Jagiellonian en Cracovia. Han demostrado que pueden correlacionar las
señales de las dos máquinas, y que pueden descartar una fracción
significativa del ruido. Ahora esperan obtener aproximadamente unos 10
millones de dólares de patrocinio para construir la red a escala
completa, con otros dispositivos potencialmente situados en la
Universidad Estatal de California en East Bay, y en otras zonas de
Estados Unidos y otros países.
No verlo no es un fracaso
Budker
admite que la idea de las paredes de dominio es “un tanto exótica” y
fuera de la corriente principal en lo que respecta a materia y energía
oscuras. También reconoce que las incertidumbres teóricas dificultan
saber cuáles podrían ser las posibilidades de detección. Pero mantiene
que la detección no debería tomarse como la única medida del éxito. “Es
muy importante darse cuenta de que, en la búsqueda de una física
exótica, no ver algo no es un fracaso”, comenta. “Si descartas toda una
clase de posibles modelos, entonces es un éxito”
Joana
Oliveira de la Universidad de Oporto, en Portugal, advierte que una red
de paredes de dominio solo podría contribuir significativamente a la
energía oscura si estuviese “frustrada”. Esto implicaría que las paredes
fuesen casi estáticas entre sí, siendo su movimiento el estiramiento
provocado por la expansión del universo. “La dificultad en lograr esta
configuración es similar a la que existe al evitar que se disuelva la
espuma de un vaso de cerveza”, señala.
Pospelov
admite la dificultad de idear un modelo que pueda acumular cantidades
significativas de energía oscura en las paredes de dominio. Señala que
los modelos simples propuestos anteriormente contenían muy pocas paredes
para lograrlo y, por tanto, está buscando desarrollar modelos más
elaborados. “Para convertirse en una teoría legítima, el modelo tiene
que ser consistente con lo que sabemos de la evolución del universo”,
comenta.
La investigación se publica en Physical Review Letters.
Fuente: Ciencia Kanija - physicsworld.com
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