Chandra asesta un golpe a la teoría del todo

El observatorio espacial no ha sido capaz de encontrar en el cúmulo de Perseo una partícula propuesta por las teorías unificadoras.

Una de las ideas más anheladas (y discutidas) de la física es la posibilidad de que todas las fuerzas, partículas e interacciones conocidas puedan conectarse en un mismo marco teórico. Se le denomina «teoría del todo» y unificaría nuestra comprensión del universo. La teoría de cuerdas, en sus diferentes versiones, es posiblemente la propuesta más conocida. Grosso modo, viene a decir que las partículas subatómicas, generalmente representadas como puntos, consisten en la vibración de objetos aún más pequeños que parecen cuerdas o filamentos en un espaciotiempo de múltiples dimensiones. Sin embargo, hasta el momento ha tenido muy pocas pruebas experimentales.

En un intento de poner a prueba la famosa teoría, los astrónomos que usan el Observatorio Chandra de rayos X de la NASA han observado el cúmulo de Perseo, una gigantesca estructura (550.000 años luz de diámetro) unida por la gravedad en la constelación del mismo nombre, a unos 240 millones de años luz de la Tierra. Los investigadores consideraban que ese era el lugar ideal para buscar una partícula llamada axión que muchos modelos de teoría de cuerdas predicen que debería existir. Sin embargo, no han conseguido detectarla. Aunque los resultados no descartan por completo estas teorías, sí dan un golpe a algunas formas de entenderla.

Materia oscura
Según explican los investigadores, estas partículas aún no detectadas deberían tener masas extraordinariamente bajas, desde una millonésima parte de la masa de un electrón hasta la masa cero. En este sentido, algunos científicos creen que los axiones podrían explicar el misterio de la materia oscura, una misteriosa sustancia que nadie ha visto jamás pero que se cree representa la gran mayoría de la materia en el universo.

Una propiedad inusual de estas partículas de masa ultrabaja sería que a veces podrían convertirse en fotones (es decir, paquetes de luz) a medida que pasan a través de campos magnéticos. Lo contrario también puede ser cierto: los fotones también pueden convertirse en axiones bajo ciertas condiciones. La frecuencia con la que se produce este cambio depende de la facilidad con que realizan esta conversión, lo que se llama su «convertibilidad».

Algunos científicos han propuesto la existencia de una clase más amplia de partículas de masa ultrabaja con propiedades similares a los axiones. Los axiones tendrían un solo valor de convertibilidad en cada masa, pero las «partículas similares a axiones» tendrían un rango de convertibilidad en la misma masa.

«Si bien puede parecer una posibilidad remota buscar partículas diminutas como axiones en estructuras gigantes como cúmulos de galaxias, en realidad son excelentes lugares para mirar», dice David Marsh, de la Universidad de Estocolmo en Suecia y coautor del estudio. «Los cúmulos de galaxias contienen campos magnéticos en distancias gigantes, y también a menudo contienen fuentes de rayos X brillantes. En conjunto, estas propiedades aumentan las posibilidades de que la conversión de partículas similares a axiones sea detectable».

Para buscar signos de partículas similares a axiones, el equipo de astrónomos examinó durante cinco días las observaciones de rayos X de Chandra del material que caía hacia el agujero negro supermasivo en el centro del cúmulo de galaxias de Perseo. La larga observación y la brillante fuente de rayos X dieron un espectro con suficiente sensibilidad como para mostrar las distorsiones que los científicos esperaban si hubiera partículas similares a axiones.

La falta de detección de tales distorsiones permitió a los investigadores descartar la presencia de la mayoría de los tipos de partículas similares a axiones en el rango de masa a la que sus observaciones eran sensibles, por debajo de aproximadamente una millonésima de una mil millonésima parte de la masa de un electrón.

«Nuestra investigación no descarta la existencia de estas partículas, pero definitivamente no ayuda a su caso», reconoce la coautora Helen Russell, de la británica Universidad de Nottingham. «Estas restricciones profundizan en el rango de propiedades sugeridas por la teoría de cuerdas y pueden ayudar a los teóricos de cuerdas a afinar en sus teorías».

Resultados poderosos
El último resultado fue aproximadamente tres o cuatro veces más sensible que la mejor búsqueda previa de partículas similares a axiones, que provino de las observaciones de Chandra del agujero negro supermasivo en M87. Este estudio de Perseo también es aproximadamente cien veces más poderoso que las mediciones actuales que se pueden realizar en los laboratorios aquí en la Tierra para el rango de masas considerado.

Los autores concluyen que una posible interpretación de su trabajo es que no existen partículas similares a axiones. Pero otra explicación, indican, es que las partículas tienen valores de convertibilidad aún más bajos que el límite de detección de esta observación, y más bajos de lo que algunos físicos de partículas esperaban. También podrían tener masas más altas que las probadas con los datos de Chandra.

«Hasta hace poco no tenía idea de cuánto aportan los astrónomos de rayos X a la teoría de cuerdas, pero podríamos desempeñar un papel importante», reflexiona Christopher Reynolds, de la Universidad de Cambridge, también en Reino Unido, y responsable del estudio publicado en «The Astrophisical Journal» y disponible en arXiv.org. «Si finalmente se detectan estas partículas, cambiaría la física para siempre». Pero por lo visto, para saber si los partidarios de la fantástica teoría de cuerdas tienen razón todavía hay que esperar un poco más.

Fuente: ABC

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