¿Podremos fabricar materia oscura?

Tom!
Foto de C.H. Faham. Luxdarkmatter

Los científicos han acumulado ya un buen número de evidencias que sirven para apoyar las hipótesis sobre la existencia de la llamada “materia oscura”. El adjetivo “oscura” denota la falta de explicación sobre la naturaleza y el origen de esta sustancia, pero lo que sí se sabe es que es un tipo de materia que no interactúa con la radiación electromagnética más que para desviar su trayectoria, esto es debido a los campos gravitacionales que generan las grandes acumulaciones de ésta en el espacio. Desde la Tierra las observamos en forma de lentes gravitatorias.

Estudiando las velocidades de rotación de distintas galaxias y los cúmulos galácticos, que sirve para calcular la masa del sistema, y observando su brillo (lo que se conoce como “relación masa-brillo”), se ha calculado que del 21 al 23% de toda la materia-energía del universo es materia oscura.

Rotación de una galaxia: a la izquierda sin materia oscura y a la derecha con materia oscura. Autor: Ingo Berg.
Estimación de la cantidad de materia-energía del universo

En realidad, la cantidad de materia que se cree que no interactúa con la luz es mucho mayor (algunas fuentes la cifran entre un 85 y un 90% del total, sin contar la energía oscura) porque se incluye una gran parte de la materia bariónica. En cuanto a la materia oscura no bariónica, se la ha clasificado en tres tipos según la velocidad a la que supuestamente se mueven sus partículas: materia oscura caliente, templada o fría.

materia oscura
Componentes del cúmulo de galaxias Abell 2744, también conocido como el Cluster de Pandora: galaxias (blanco), el gas caliente (rojo) y la materia oscura (azul).
Imagen de: ESA/XMM-Newton (X-rays); ESO/WFI (optical); NASA/ESA & CFHT (dark matter)

Algo tan abundante y tan desconocido se ha convertido en uno de los principales focos de atención de las físicas del Cosmos y de las partículas subatómicas, sin duda, de su estudio se obtendrán respuestas que servirán para unificar ambas. Sin embargo, todavía no hemos sido capaces de capturar ni una sola partícula de materia oscura no bariónica templada o fría (la caliente se supone constituida por neutrinos).

Hace muy poco hemos sabido del resultado nulo en la observación de materia oscura del mayor experimento que se ha puesto en marcha hasta la fecha con este objetivo: se trata del experimento LUX (Large Underground Xenon).

Este laboratorio ha estado funcionando durante los últimos 20 meses en Dakota del Sur (USA). El detector estaba situado a 1500 metros de profundidad en el interior de una mina  para evitar las interferencias de la superficie. Es el más sensible que se ha construido hasta la fecha y fue diseñado basándose en el modelo que predijo la posibilidad de encontrar materia oscura en forma de WIMPs (partículas masivas de interacción débil).

Los científicos responsables del proyecto creen que, de haberse cruzado con alguna partícula de este tipo, la habrían detectado. Ellos no lo consideran un fracaso -y yo tampoco- porque ahora saben que ese modelo no es correcto y podrán ensayar otras propuestas, de hecho, ya se está construyendo el experimento LUX-ZEPLIN, el cual multiplicará la sensibilidad del LUX por más de 70.

Experimento LUX
Imagen de C.H. Faham. Luxdarkmatter.

En la historia de la detección de otras partículas subatómicas también se diseñaron experimentos que confiaron en la detección fortuita de nuevos entes provenientes de las radiaciones cósmicas, muchas de las cuales ahora podemos fabricar, o más bien recolectar, gracias a la tecnología de la fisión nuclear y de los aceleradores de partículas. Esta forma de experimentar es también una posibilidad que se debe explorar a la hora de conseguir materia oscura, esto es, recolectándola en los colisionadores de partículas. Y diréis… ¿Cómo se hace eso?

Lo primero, como casi siempre, es disponer de un modelo coherente que sirva de base teórica para diseñar las acciones a realizar durante el experimento. Para eso, la teoría de ruedas dispone de argumentos sobre qué es la materia oscura y cuál es su origen que, por supuesto, yo considero sólidos y que el lector encontrará en mi libro (página 72). Aun así, intentaré avanzar algunas cuestiones para que, el que todavía no se lo haya leído, no se pierda en esta entrada de mi blog.

La evolución de la materia descrita en esta teoría se basa en la nueva cosmovisión, que establece una forma de entender la masa relativista aparente que no habíamos considerado hasta ahora y que permite explicar porque la masa de los neutrinos, electrones o positrones es tan “aparentemente” pequeña cuando se mueven a velocidades relativistas pero, de hecho (experimentalmente), tienen una masa en reposo mucho mayor. De lo que se puede inferir que, en realidad, los quarks U y D son las partículas no bosónicas más pequeñas, con menos masa en reposo de las descritas  por el modelo estándar de partículas actual, y las que constituyen todas las clases de materia, incluida la materia oscura.

Las estructuras tridimensionales ordenadas de forma coherente y funcional constituidas por agrupaciones de quarks U y D se llaman ruedas y son, según esta teoría, la primera materia brillante del universo, porque solo las ruedas pueden producir fotones y solo las ruedas pueden  aprovecharse de la energía de la que estos son portadores, por supuesto, todo esto se desarrolla en el libro de forma mucho más extensa y justificada.

De manera que toda materia anterior a la formación de las ruedas es materia oscura caliente o templada que no interactúa con los fotones pero se mueve a gran velocidad simplemente por inercia.

Por otro lado, como resultado del gran número de colisiones entre estructuras, que se dan por diferentes motivos, quedan agrupaciones amorfas de quarks que permanecen unidos por la fuerza electrostática de su carga eléctrica (los quarks siguen disponiendo de sus cargas individualmente pero no tienen la estructura necesaria para aprovechar ni producir la energía fotónica) y, a mucha mayor escala, por la fuerza de la gravedad. Estas masas informes, superdensas y no estructuradas constituyen la materia oscura fría y explican la anisotropía de la radiación de fondo de microondas porque, cada vez que se destruyó una estructura funcional en el universo primigenio se liberó un fotón de alta energía, que es lo que nos llega hoy con la frecuencia reducida a la zona del espectro de las microondas, pero eso no supuso la aniquilación de los quarks que formaban esas estructuras. Estos permanecen vagando por el espacio hasta que un agujero negro los atraiga y los recicle.

Materia oscura
Arriba: imagen infrarroja del telescopio espacial Spitzer de la NASA. Debajo: la misma zona después del enmascaramiento de todas las estrellas, galaxias y los artefactos, donde aparece un brillo de fondo irregular.
Imagenes de: NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

La polaridad de los mesones (parejas de quarks U y D) junto con las dinámicas fluidas del campo H (el éter) hacen que esas masas informes de materia oscura fría se vayan estirando, cual imanes puestos uno detrás de otro, en larguísimos filamentos superdensos, de cuya existencia también tenemos evidencias gracias a las observaciones del telescopio XMM-Newton de la ESA y a un estudio reciente de la NASA.

filamentos de materia oscura
Representación artística de filamentos de materia oscura siendo arrastrados por la Tierra. NASA/JPL-Caltech

Con todo esto, ahora sí, podemos deducir se puede obtener materia oscura en los colisionadores de partículas, aquí mismo, en la Tierra. Lo único que debemos hacer es encontrar la manera de recolectar los trozos de las estructuras de quarks que resultan de la colisión de cualquier clase de materia. La densidad del cúmulo de quarks obtenido de esta forma será inmensa y, por supuesto, no habrá manera de hacerlo interactuar con la luz.

Imagen: Experimento ATLAS del CERN

Por analogía, si tenemos trigo y queremos fabricar harina, busquemos un molino.

Nota introducida posteriormente (01-05-2017):

Se me ocurre que la mejor manera de evidenciar esa materia oscura resultante de las colisiones quizá no sea en los aceleradores, sino con la tecnología hermana, los deceleradores de partículas, es decir: si acercamos electrones y positrones a baja velocidad, colisionarán liberando sus fotones y dejando un resto amorfo, superdenso y eléctricamente neutro, constituido por agrupación de quarks (cuya formación no podrá ser atribuible a la energía de la aceleración de las partículas), que rápidamente será atraído por la gravedad. Si, justo en la vertical de la zona de colisiones, situamos algún tipo de detector que, de manera específica, sea capaz de interactuar con algo así -pongamos un cristal perfecto en el que la colisión de materia oscura con uno de los núcleos atómicos quede registrada-, tendremos la evidencia que buscamos y, además, servirá como nueva prueba de confirmación de la teoría de ruedas.

Tenemos la tecnología ¿Por qué no lo intentamos? ¿Qué tenemos que perder?

 

8 comentarios sobre “¿Podremos fabricar materia oscura?

  1. Si la materia oscura fuera compactable podría deducirse no solo que habría cúmulos de materia oscura, sino que dichos cúmulos también estarían rotando y ‘chocando entre ellos tal y como hacen los cúmulos de materia clásica (estrellas, planetas, etc), y no solo eso, sino que también estarían rotando a las estrellas clásicas. Si además damos por hecho que hay mucha más materia oscura que materia ordinaria ¿no debería haber algún ‘planeta’ de materia oscura en nuestro sistema solar? ¿no deberíamos haberlo detectado?
    Respecto a la materia oscura, en mi opinión solo hay dos opciones:
    1) Son agujeros negros de materia clásica.
    2) Permea todo el espacio, estadísticamente, por igual. y por lo tanto debería considerarse que el propio espacio genera gravedad.

    Si aplicamos Newton, me parece que la opción dos no es aplicable.
    Solo queda la opción 1.
    🙂

    1. Te respondo siempre desde la lógica de la teoría de ruedas. Está claro que, con los modelos actuales, no hallaríamos una respuesta coherente.

      La materia oscura fría no es en absoluto comparable con la materia brillante (materia común y antimateria) porque la materia brillante forma estructuras capaces de interactuar con los fotones (los almacena y, cuando los elecrones y sus homólogos de antimateria forman parte de los átomos y antiátomos, también los generan) de manera que la materia común y la antimateria crean una especie de simbiosis entre los quarks y los fotones que les permite evolucionar hacia otras estructuras mucho más complejas en el nivel macro (combinando las fuerzas del electromagnetismo y la gravedad).

      En los cúmulos de materia oscura los desequilibrios energéticos, entre el centro de masas del cúmulo y el exterior, si existen, no serán ni mucho menos tan intensas como en la materia brillante. La convección propia de los sistemas rotacionales de la materia brillante tiene un componente magnético que es característico de los sistemas materiales ordenados, no es el caso de la materia oscura, por tanto, creo que podemos descartar tanto la formación de astros de materia oscura, como agujeros negros en los que no intervenga, en algún porcentaje mínimo, la materia brillante.

      1. Dices que “En los cúmulos de materia oscura los desequilibrios energéticos, entre el centro de masas del cúmulo y el exterior, si existen, no serán ni mucho menos tan intensas como en la materia brillante”. ¿Te refieres con eso a que los cúmulos de materia oscura forman una especie de “gas”? Suponiendo que así sea: Es comprensible que los neutrinos atraviesen la tierra sin pestañear porque al no tener carga atraviesan el grandioso espacio vacío existente en los átomos, sin embargo, dando por cierta la hipótesis de que la materia oscura son quarks que no han llegado a formar ruedas y solo han llegado a formar ‘hilos’, y dando por hecho que las ‘nubes’ de materia oscura son ‘hilos’ de quarks más o menos apelotonados por la acción de la gravedad, no concibo que nunca haya chocado contra la tierra ninguna “nube” de materia oscura. ¿o sí que han llegado a ‘chochar’? ¿O debemos suponer que el centro de la tierra y el de la mayoría de planetas y estrellas, etc.. tiene una masa resultante no solo de la suma de las masas de sus átomos, sino también de la ‘nube’ de materia oscura que puede haber a su alrededor?

        1. Cuando haces la analogía de los cúmulos de materia oscura con “una especie de gas” estás haciendo una comparación con un estado de la materia brillante que no es acertada en absoluto. Un gas son átomos muy energéticos que “chocan” entre sí (electrostáticamente hablando) intentando ocupar el máximo volumen posible. En el espacio este volumen gaseoso se expande hasta que la gravedad equilibra la fuerza expansiva. La materia oscura fría es justo lo contrario, materia unida por la fuerza electrostática y gravitatoria.

          Siguiendo con las hipótesis de la Teoría de Ruedas. Solo se emiten fotones cuando se destruye una rueda o en la corteza de los átomos. Los neutrinos son materia común que sí interactúa con los fotones, los almacena pero no los produce. Por tanto, la llamada materia oscura caliente, así como otra materia bariónica, no es auténtica materia oscura solo porque no brille.

          Es interesante tu reflexión sobre la posibilidad de que hayamos interactuado, de alguna forma, con la materia oscura en la Tierra. Decirte que los estudios de la ESA y la NASA nos indican que la Tierra está arrastrando esos “hilos” de materia oscura. Es la forma lógica en la que los quarks, en forma de larguísimas cadenas de mesones, se comportan en presencia de un objeto maxivo como es la Tierra que genera su propio campo magnético y se desplaza por el campo H. Me explico: Los mesones son parejas de quarks polarizados, así que, en presencia de un campo magnético, se orienta siguiendo las líneas de campo. Si a eso le añades el efecto de arrastre del campo H (el campo de Higgs o el éter, lo que prefieras) tenemos una imagen similar a la recreación que nos ofrece la NASA y que he incluido en el artículo, aunque yo le hubiera dado un cierto efecto de “melena al viento”. Una aclaración: una de estas fibras sería eléctricamente neutra y tan increíblemente delgada que no sé de qué manera las podríamos percibir experimentalmente. Lo que no concibo es que en presencia de fuertes campos magnéticos, producidos por las dinámicas materiales en el seno del campo H, la materia oscura permanezca en forma de cúmulos, en cualquier caso, por lo que he comentado en el inicio de este comentario, la analogía de las “nubes” de materia oscura no es acertada.
          También quiero expresarte mi agradecimiento por haber considerado, aunque solo sea por un momento, la hipótesis de esta teoría. Para mí es muy importante.
          Gracias.

        2. No tengo problema en basarme en cualquier hipótesis que se me ponga por delante si aplica algún tipo de lógica, como es la tuya.
          El problema que le veo a tu teoría es que da por hecho que hay errores en las pruebas contrastadas con la experimentación, como por ejemplo el entrelazamiento cuántico, o el hecho de que experimentalmente sabemos que un protón está formado por 3 quarks.

          1. Como se está haciendo costumbre empiezo por el final:

            No está científicamente demostrado que el protón esté compuesto por tres quarks. Por mucho que te lo repitan no lo creas, de hecho, es lo que se conoce como el problema de la masa del protón. Si consideramos solo tres quarks, nos falta masa y si hay más quarks, nos falta un modelo teórico coherente. Aquí dejo una explicación que no comparto pero que sirve para mostrarte el problema y la falta de soluciones lógicas coherentes.

            http://francis.naukas.com/2012/04/30/la-masa-de-un-proton-la-masa-de-sus-quarks-y-la-energia-cinetica-de-sus-gluones/

            Por otro lado, no tienen explicación para el espín (el momento magnético anómalo) que es algo muy natural, si consideramos que las “partículas” subatómicas están formadas por estructuras ordenadas de otras partículas más pequeñas, cargadas eléctricamente y en rotación (los quarks). Esto soluciona al mismo tiempo el problema de la masa del protón.
            Lo que ocurre es que las estructuras de quarks siempre están confinadas por la fuerza del color (son de color blanco), no se puede mirar dentro para ver cuantas partículas hay. Cuando destrozamos protones en los colisionadores aparecen muchísimas partes más pequeñas y los mecánicos cuánticos, en lugar de interpretar que todos los trozos forman parte de estructuras prexistentes, consideran que son entes que se crean partiendo de la energía empleada al acelerar la materia. Es una interpretación del resultado del experimento que es perfectamente cuestionable y perfectamente rebatible con otra explicación que sea más coherente.

            En cuanto a la primera cuestión, el entrelazamiento cuántico, decirte que no es algo que me preocupe pues, para el desarrollo teórico de mi teoría, no es relevante. Aun así, si a ti te preocupa, te diré que esto es algo que se ha divulgado en forma poco rigurosas, porque se ha dado a entender que se produce una comunicación instantánea entre partículas, es decir, una “acción a distancia” con velocidad infinita, sin respetar la velocidad de la luz como límite superior en la translación de la información. Esto es algo que personas tan importantes como Murray Gell-Mann (uno de los creadores de la cromodinámica) denuncia en su libro “El quark y el jaguar. Aventuras de lo simple y lo complejo”: “La principal distorsión diseminada por los medios de comunicación y por varios libros fue la implicación, incluso la afirmación taxativa, de que el medir la polarización, plana o circular, de uno de los fotones afectaba de alguna manera al otro fotón. En realidad, la medida no causa la propagación de ningún efecto cuántico de un fotón al otro. […] No se produce ninguna acción a distancia.”

          2. Aquí te dejo otro enlace. Es una publicación de 2012, donde Matt Strassler (físico teórico) comenta los resultados del LHC con mini-colisiones que no dejan lugar a dudas respecto a que los protones están compuestos por un número altísimo de quarks, antiquarks y gluones.

            https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/largehadroncolliderfaq/whats-a-proton-anyway/proton-collisions-vs-quarkgluonantiquark-mini-collisions/

            Estamos hablando de febrero de 2012, mira si a llovido, y sin embargo hasta en la Wikipedia se sigue hablando de los tres quarks. Está claro que hay noticias que no interesa divulgar, sobre todo si no tienes respuestas convincentes que ofrecer.

        3. Gracias por tus respuestas, por los links incluidos, y sobre todo por el artículo de ayer (muy bueno, por cierto), que me ha abierto los ojos. Ahora falta un artículo que refute la experimentación del entrelazamiento cuántico. 🙂

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