¿La energía oscura causó los extraños resultados del experimento XENON1T?



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Madrid

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El Universo se está expandiendo cada vez más rápido, y los científicos creen que esto se debe a una fuerza misteriosa de la que sabemos poco, aparte del hecho de que representa el 68% de la masa total del Universo en el que vivimos. Llama Energía oscuraEsta fuerza es tal que todo el Universo se acelera, pero nadie sabe aún cuál puede ser su origen, ni exactamente cómo se manifiesta. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge cree que pudo haberlo detectado por primera vez. La Energía Oscura, de hecho, podría ser la responsable de los inesperados resultados del experimento. XENO1T, instalado a más de mil metros de profundidad bajo los Apeninos, en Italia, aunque no fue diseñado para ello. Los resultados de esta investigación se publican en
‘Revisión física D
‘.

No buscaban la energía oscura

XENON1T fue diseñado para resolver un misterio diferente, el de la materia oscura, ese «otro tipo» de materia que los físicos han estado buscando durante décadas. Sabemos que está «ahí fuera» porque ejerce gravedad sobre objetos visibles, como estrellas o galaxias, pero nadie ha podido detectarlo todavía. En su estudio, los investigadores de Cambridge sugieren que, de alguna manera, Dark Energy puede haberse «colado» en el experimento XENON1T y que esto explicaría los extraños resultados.

Como se explica en el estudio, cuando encontraron datos que los científicos no esperaban, desarrollaron un modelo para tratar de explicarlos. Y el resultado fue que esos resultados pueden haberse originado a partir de partículas de energía oscura producidas en una región del Sol con fuertes campos magnéticos, aunque se necesitarán experimentos futuros para confirmar la explicación. Los investigadores creen que su estudio podría ser un paso importante hacia la detección directa de energía oscura.

Las «tres partes» del Universo

Todo lo que nuestros ojos pueden ver en los cielos y en nuestro mundo cotidiano, desde pequeñas lunas hasta galaxias masivas, desde hormigas hasta ballenas, es decir, toda la «materia ordinaria», constituye menos del cinco por ciento del Universo. El resto pertenece a lo que se llamó «Universo oscuro». Aproximadamente el 27% del Universo en el que vivimos, de hecho, está formado por materia oscura, la sustancia invisible que mantiene unidas a las galaxias y hace posible la red cósmica, mientras que el 68% restante es Energía Oscura, presumiblemente responsable del hecho de que la ‘El universo se está expandiendo a un ritmo acelerado.

«Aunque ambos componentes son invisibles», explica Sunny Vagnozzi del Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge y primer autor del artículo, «sabemos mucho más sobre la materia oscura, como se sugirió su existencia en la década de 1920, que por Dark Energy, que no se descubrió hasta 1998. Experimentos a gran escala como XENON1T fueron diseñados para detectar directamente la materia oscura, buscando señales de que la materia oscura «golpea» la materia ordinaria, pero la Energía Oscura es mucho más elusiva «.

En un intento por detectar la energía oscura, los científicos generalmente buscan interacciones gravitacionales: cómo la gravedad tira de los objetos. Y a mayor escala, el efecto gravitacional de la Energía Oscura sería repulsivo, es decir, haría que las cosas se alejaran unas de otras y así aceleraría la expansión del Universo.

Resultados extraños

Hace aproximadamente un año, el experimento XENON1T informó una señal inesperada, o un exceso, en comparación con el fondo esperado. «Este tipo de excesos a menudo son fortuitos», dice Luca Visinelli, investigador de los Laboratorios Nacionales de Frascati en Italia y coautor del estudio, «pero de vez en cuando también pueden conducir a descubrimientos fundamentales. Exploremos un modelo en cuanto a cómo esta señal podría atribuirse a la energía oscura, en lugar de a la materia oscura para la que se diseñó originalmente el experimento «.

En ese momento, en 2020, la explicación más extendida del exceso detectado fueron los axiones, hipotéticas partículas extremadamente ligeras producidas en el Sol y que pueden ser los componentes más buscados de la materia oscura. Sin embargo, esta explicación no resiste las observaciones, ya que el número de axiones que serían necesarios para explicar la extraña señal XENON1T alteraría drásticamente la evolución de estrellas mucho más pesadas que el Sol, en conflicto directo con lo que podemos ver.

Por lo tanto, estamos lejos de comprender completamente qué es la Energía Oscura, pero la mayoría de los modelos físicos parecen indicar la existencia de la llamada quinta fuerza. Hay cuatro fuerzas fundamentales en el Universo (electromagnetismo, gravedad, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil) y cualquier cosa que no pueda ser explicada por una de estas fuerzas a veces se atribuye a la acción de una quinta fuerza desconocida.

Sin embargo, sabemos que la teoría de la gravedad de Einstein funciona muy bien en el universo local. Por lo tanto, cualquier quinta fuerza asociada con la Energía Oscura tendría que permanecer «oculta» o ser «filtrada» cuando se trata de escalas pequeñas y solo podría operar a escalas mayores, donde la teoría de la gravedad de Einstein no logra explicar la aceleración del ‘Universo. Para evitar esa hipotética quinta fuerzaMuchos modelos de Dark Energy están equipados con varios «mecanismos de filtrado».

Vagnozzi y sus colegas construyeron un modelo físico que utilizó un tipo de mecanismo de detección conocido como «detección de camaleón» para mostrar que las partículas de energía oscura producidas en los fuertes campos magnéticos del Sol podrían explicar el exceso detectado por XENON1T.

“Nuestro blindaje de camaleón – asegura Vagnozzi – evita la producción de partículas de Energía Oscura en objetos muy densos, evitando así los problemas que plantean los axiones solares. También nos permite desacoplar lo que sucede en el Universo local muy denso de lo que sucede en escalas más grandes, donde la densidad es extremadamente baja «.

Los investigadores utilizaron su modelo para mostrar lo que sucedería con el detector si la Energía Oscura se generara realmente en una región particular del Sol, llamada tacoclina, donde los campos magnéticos son particularmente fuertes.

“Fue realmente sorprendente – continúa el investigador – que este exceso pudiera, en principio, haber sido causado por la Energía Oscura más que por la materia oscura. Cuando las cosas encajan así, es algo realmente especial «.

Sus cálculos sugieren que experimentos como XENON1T, diseñado para detectar materia oscura, ahora también podrían usarse para detectar energía oscura. Sin embargo, el exceso original aún no se ha explicado de manera convincente. Primero debemos saber que esto no fue solo un golpe de suerte ”, dice Visinelli por su parte. «Si XENON1T realmente viera algo, esperaríamos ver un exceso similar de nuevo en experimentos futuros, pero esta vez con una señal mucho más fuerte».

Si el exceso fuera realmente el resultado de Dark Energy, las próximas actualizaciones del experimento XENON1T, así como otros experimentos con objetivos similares, como LUX-Zeplin y PandaX-xT, también podrían detectar directamente Dark Energy en el transcurso del siguiente .Década. .

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