INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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La naturaleza de la materia oscura exótica

La materia ordinaria (materia bariónica) no puede por sí sola explicar toda la masa oculta de las galaxias. Los resultados del satélite WMAP confirmaron en 2003 que existe una materia no bariónica, también calificada de exótica, que constituye el 83 por ciento de la materia total del Universo. Los astrofísicos deben, así pues, recurrir a nuevas partículas para explicar este misterio.

Los neutrinos

Una primera posibilidad es el neutrino, una partícula bien conocida que interactúa muy débilmente con la materia ordinaria. Propuesto en 1930 por Wolfgang Pauli, y detectado por primera vez en 1956, el neutrino se consideró mucho tiempo como una partícula de masa nula, como el fotón. Sin embargo, varias experiencias han mostrado desde entonces que este no es el caso, detectando un fenómeno llamado oscilación del neutrino, que sólo es posible si la masa de la partícula no es nula. Se aceptará en particular la primera confirmación en 1998 en el detector Super-Kamiokande en Japón.

El neutrino tiene, así pues, una masa muy escasa, pero no nula. Esta masa aún no ha podido determinarse con precisión, pero, según su valor, los neutrinos podrían explicar una parte de la materia oscura exótica. En efecto, con una densidad media de 100 partículas por centímetro cúbico, los neutrinos son muy abundantes en el Universo; mucho más que los protones o los neutrones. Aunque la masa de una sola partícula es muy baja, su gran abundancia podría bien permitir a los neutrinos aportar una contribución mayor a la densidad del Universo.

Partículas masivas de interacción baja

El neutrino no es el único candidato exótico. En su búsqueda de una descripción definitiva de los constituyentes de la materia y sus interacciones, los físicos de las partículas han desarrollado toda una gama de partículas hipotéticas, con nombres más extraños unos que otros. Se puede citar, por ejemplo, el neutralino, una partícula prevista por la teoría de la supersimetría, o el fotón de Kaluza-Klein. Estas partículas son designadas colectivamente bajo el nombre de partículas masivas de baja interacción (WIMP en inglés).

Como el neutrino, estas partículas teóricas interactúan muy débilmente con la materia ordinaria, ya que son insensibles a la fuerza nuclear fuerte y a la interacción electromagnética. Sin embargo, se someten a la fuerza nuclear baja y a la fuerza gravitacional. Serían en particular atraídas por las galaxias y deberían formar gigantescos halos en torno a ellas. Contrariamente al neutrino, su masa debería ser bastante elevada, y se desplazarían, pues, mucho más lentamente que la velocidad de la luz.

Y los demás…

Como las dificultades de observación están muy limitadas, los teóricos tienen aún muchos otros candidatos. El axion es una partícula propuesta en el marco de la cromodinámica cuántica. El gravitino es el compañero supersimétrico del gravitón. El neutrino estéril es un tipo hipotético de neutrino que sería insensible a la fuerza nuclear baja. Y la elección no se detiene ahí…

A parte del neutrino, ninguna de estas partículas exóticas ha sido claramente identificada, por el momento, en una experiencia. Varios detectores han sido, así pues, construidos para tratar de confirmar su existencia y medir sus propiedades.

 

 

 

 ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

 

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