En un estudio publicado recientemente, físicos de partículas de la Universidad de California Riverside teorizan que la materia oscura podría explicarse por la existencia de una nueva dimensión en el espacio-tiempo.
En astrofísica, el materia oscura es una forma de materia (todavía teórica) que constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo. La existencia de esta fuerza invisible está implícita a través de una variedad de observaciones en el universo, incluidos los efectos gravitatorios que no pueden explicarse mediante las teorías aceptadas de la gravedad. Dado que la materia oscura no parece absorber, reflejar o emitir radiación electromagnética, hasta ahora ha resultado imposible medir o proporcionar evidencia definitiva de su existencia.
El estudio de la cuarta dimensión
En un trabajo de investigación publicado en el Journal of High Energy Physics, un equipo de físicos de UC Riverside dice que la presencia de una cuarta dimensión podría explicar la existencia de la materia oscura y explicar por qué permanece invisible.
“Nuestro universo observado tiene tres dimensiones de espacio. Proponemos que puede haber una cuarta dimensión. La dimensión adicional puede explicar por qué la materia oscura se escondió tan bien de nuestros intentos de estudiarla en el laboratorio”, dice el Dr. Felipe Tanedo, profesor asistente de física y astronomía en UC Riverside y coautor del nuevo estudio, en un comunicado de prensa.
¿La cuarta dimensión? Una cacería que ha durado mucho tiempo
Ante la hipótesis de una nueva dimensión oscura, se ha teorizado durante mucho tiempo la existencia de fuerzas invisibles.
Fue propuesto por primera vez por el físico e ingeniero matemático William Thomson en 1884.
Thomson también es conocido como Lord Kelvin después de ser el primer científico británico en ser elevado a la Cámara de los Lores.
Thomson estimó que la masa de la Vía Láctea difería de la masa luminosa de las estrellas visibles y concluyó que "muchas de nuestras estrellas, quizás la gran mayoría de ellas, son quizás cuerpos oscuros".
En el siglo siguiente, los científicos han realizado numerosas observaciones indirectas para respaldar la existencia propuesta por Thomson de "cuerpos oscuros" o la presencia de algún tipo de materia invisible que tiene una influencia significativa en el universo.
No lo vemos, pero sabemos que está ahí.
La principal evidencia de la existencia de una fuerza invisible proviene de cálculos que muestran que las galaxias no se formarían ni se moverían sin una gran cantidad de materia invisible.
Hasta ahora, los científicos no han podido detectar la materia oscura directamente, lo que lleva a la mayoría de los físicos a concluir que la sustancia debe estar formada por partículas no bariónicas o subatómicas cuya masa es menor que la de un protón. La evidencia indirecta, sin embargo, ha sido lo suficientemente fuerte como para llevar a la mayoría de la comunidad científica a aceptar en general la existencia de la materia oscura (y de cuatro dimensiones, de hecho: AL MENOS cuatro).
"Vivimos en un océano de materia oscura, pero sabemos muy poco sobre lo que podría ser", dijo Tanedo. “Es una de las incógnitas conocidas más irritantes en la naturaleza. Sabemos que existe, pero no sabemos cómo buscarlo, o por qué no apareció donde esperábamos".
¿Podría una cuarta dimensión explicar la materia oscura?
En el nuevo artículo, Tanedo y sus colegas sugieren que las partículas de materia oscura no se comportan como partículas.
"El objetivo de mi programa de investigación en los últimos dos años es extender la idea de que la materia oscura 'habla' con las fuerzas oscuras", dijo Tanedo en el comunicado de prensa de UC Riverside. “Durante la última década, los físicos se dieron cuenta de que, además de la materia oscura, otras fuerzas oscuras ocultas pueden gobernar las interacciones de la materia oscura. Confirmar su existencia podría reescribir por completo las reglas sobre cómo buscar materia oscura”.
Tanedo reitera que esta operación de "fuerzas oscuras" se puede describir matemáticamente mediante una teoría que incluye una cuarta dimensión extra.
La materia oscura aparecería como una secuencia continua de partículas adyacentes dentro de esta cuarta dimensión oscura. Esto explicaría cómo la materia oscura provoca algunos de los curiosos comportamientos observados en las galaxias pequeñas.
Una dimensión extra, una idea recurrente
Aunque la existencia de una nueva cuarta dimensión suena sensacional, Tanedo explicó que las dimensiones adicionales son simplemente un truco matemático para describir incluso las teorías ordinarias.
Después de todo, la idea de que la existencia consiste en una dimensión, de hecho muchas extradimensiones adicionales, también se menciona comúnmente en la teoría de cuerdas o en la del universo holográfico.
Pensando de forma poco convencional
Los exámenes anteriores de la materia oscura se han centrado principalmente en teorías que explican comportamientos similares a las partículas visibles. Tanedo y sus colegas investigadores dicen que su nuevo enfoque de la cuarta dimensión explora nuevas posibilidades no consideradas antes.
Las fuerzas ordinarias se pueden describir como un solo tipo de partícula con una masa fija.
La teoría propuesta predijo que las partículas invisibles pueden ser descritas por un número infinito de partículas diferentes con diferentes masas llamadas continuos.
Diferentes fuerzas
Los investigadores dicen que la fuerza continua de estas partículas invisibles sería muy diferente de las fuerzas percibidas por la materia ordinaria. “Para la fuerza gravitacional o eléctrica que enseño en mi clase de introducción a la física, cuando duplicas la distancia entre dos partículas, reduce la fuerza por un factor de cuatro. Una fuerza continua, en cambio, se reduce en un factor de hasta ocho”, explicó Tanedo.
En el artículo, los físicos de UC Riverside dicen que encontraron que una fuerza continua como la propuesta podría replicar las observaciones de los movimientos estelares en el universo.
Siguiente paso, un "fotón oscuro"
El equipo de Tanedo dice que tiene la intención de continuar expandiendo su teoría explorando un modelo de "fotón oscuro".
"Es una imagen más realista de una fuerza oscura", dijo Tanedo. “Los fotones oscuros se han estudiado con gran detalle, pero nuestra estructura cuatridimensional tiene algunas sorpresas. También examinaremos la cosmología de las fuerzas oscuras y la física de los agujeros negros.'
