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Las cuerdas cósmicas pueden resolver un misterio de positrones

Posted by keithcoors_00 en 22 marzo, 2009

El misterio es la cosa más bonita que podemos experimentar. Es la fuente de todo arte y ciencia verdaderos.

Albert Einstein


Desde
Nature
Por Paul Parsons

Traducción: KC


El colapso de los defectos en la estructura del Universo puede generar un exceso de antimateria.

Una red de “cadenas cósmicas” que cruzan el Universo podría ser responsable por un misterioso flujo de partículas de antimateria que ha sorprendente a los astrónomos.

Los astrofísicos teóricos han propuesto desde hace mucho tiempo la existencia de cuerdas cósmicas, más delgadas que un átomo pero que se extienden a través de grandes distancias por el Universo. Se piensa que se han formado en los eventos conocidos como “transiciones de fase” – dramáticos cambios en la estructura de la materia que tuvieron lugar mientras el Universo se enfriaba poco después del Big Bang. Estas cadenas tendrían fuertes campos gravitacionales, y podrían haber contribuido a reunir la materia que formó las primeras galaxias.

La idea perdió interés cuando observaciones detalladas parecían demostrar que las cadenas no podían por sí solas tomarse en cuenta para la formación galáctica. En lugar de ello, una teoría llamada “inflación” se había elaborado para explicar cómo el Universo pasó por un período de expansión exponencial temprano en su vida, magnificando cualquier pequeña arruga de la estructura en las semillas de las primeras galaxias.

Pero ahora, el astrofísico teórico Tanmay Vachaspati de la Universidad Case Western Reserve de Ohio, sugiere que el espacio puede estar enroscado en una red de cadenas mucho más livianas – demasiado ligeras como para ser directamente responsables de la formación galáctica – que se podrían haber formado durante la fase de transición en la invisible materia oscura del Universo1.

La materia oscura no emite luz y nunca ha sido observada directamente. Pero siguiendo su influencia gravitatoria en estrellas y galaxias, los astrónomos calculan que representa alrededor del 85% de la materia en el Universo.

Vachaspati piensa que las cadenas estarían hechas de materia oscura, y podrían resolver un misterio cósmico. En 2008, utilizando un satélite en órbita terrestre llamado PAMELA (Carga de Antimateria Materia de Exploración y ligeras-núcleos Astrofísica), los físicos informaron que habían detectado un excedente de positrones – los gemelos positivos de antimateria de los electrones (ver “Los físicos esperan confirmación de materia oscura“). Algunos científicos propusieron que el exceso de positrones podría haberse producido como desecho de las colisiones entre partículas de materia oscura, pero las observaciones no han logrado hasta ahora confirmar la idea.

Ahí es donde las cuerdas cósmicas de Vachaspati entran en juego. Si la materia oscura interactúa muy débilmente con las partículas más familiares, como se predijo por los principales modelos, “entonces es muy probable que se formen cadenas con ella”, dice el astrofísico teórico Alex Vilenkin de la Universidad Tufts en Medford, Massachusetts.

Con el tiempo, espiras de cuerdas cósmicas se encogerían y desaparecerían, irradiando su energía en una bocanada de partículas a medida que avanza el proceso. Según los cálculos de Vachaspati, el colapso de los bucles de las cadenas ligeras puede producir el exceso de positrones visto por PAMELA.

Mark Pearce, un físico de partículas en el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo, y parte del equipo PAMELA, dice que es difícil evaluar el modelo de Vachaspati sin tener predicciones más detallada acerca de los positrones – como su gama de energías — para comparar con las observaciones de PAMELA. “Uno también tendría que comprobar que las predicciones de otros flujos de partículas cósmicas, como antiprotones, son compatibles con los datos existentes”, añade.

Reactivación más amplia

Más evidencias de las cuerdas oscuras podrían provenir de experimentos en la Tierra. Si la teoría de Vachaspati es correcta, los bucles de cadenas deben estar presentes en nuestra galaxia y periódicamente chocan con la Tierra. “Los océanos y los casquetes de hielo son lo suficientemente densos para que el bucle pierda rápidamente su energía [cuando choca], lo que se mostraría como rayos gamma u otro tipo de radiación”, dice Vachaspati. Sugiere que esta radiación puede ser detectada por los experimentos diseñados para la captura de los destellos de luz cuando pasan los neutrinos, como IceCube, en construcción por debajo del Polo Sur, y Antares, desplegado en la profundidad del Mar Mediterráneo.

Podría incluso ser posible fabricar cadenas de materia oscura en aceleradores de partículas, añade Vachaspati.

Otro grupo de físicos teóricos recientemente afirmó haber visto evidencias de cuerdas cósmicas en los datos del Wilkinson Microwave Anisotropy Probe de la NASA, que ha estado cartografiando las variaciones de temperatura en la radiación de fondo cósmico de microondas durante casi ocho años2.

Ese grupo incluye a Marcar Hindmarsh, un físico de partículas de la Universidad de Sussex, Reino Unido, que dice que sus propios resultados y los de Vachaspati son parte de un renacimiento del concepto de las cuerdas cósmicas. “La gente es más proclive que antes a apoyar la idea de cuerdas cósmicas”, dice. Él atribuye esta tendencia a una creciente toma de conciencia que las cadenas cósmicas no son un rival de la teoría a la inflación, sino un complemento. También toma nota de una mayor disponibilidad de la potencia de cálculo necesaria para “mejorar los cálculos” de las teorías de cadenas cósmicas.

Vilenkin añade que los astrofísicos están ahora prestando mayor atención a las cadenas, ya que vienen con predicciones claras de efectos incluyendo ondas gravitatorias y la creación de partículas energéticas. “Las técnicas de observación se están haciendo suficientemente exactas como para detectar las cuerdas, o poner limitaciones estrictas sobre las partículas que predicen estas teorías”, dice.

Referencias

1. Vachaspati, T. Available at: http://arxiv.org/abs/0902.1764 (2009).
2. Bevis, N., Hindmarsh, M., Kunz, M. & Urrestilla, J. Phys. Rev. Lett. 100, 021301 (2008). | Article | PubMed | ChemPort |

Imagen: Las cadenas cósmicas pueden haber desempeñado un papel en la formación de las galaxias. NASA

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