Científicos de la Universidad de Granada (UGR) y la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (Alemania) acaban de publicar un trabajo donde intentan extender el Modelo Estándar de la física de partículas (el equivalente de ‘la tabla periódica’ para la física de partículas) y responder a algunas de las incógnitas que no pueden explicarse en dicho modelo: de qué está hecha la materia oscura, por que los distintos constituyentes de la materia o fermiones tienen masas tan diferentes o por qué la fuerza de la gravedad es mucho más débil que la interacción electromagnética.

Simulación de una colisión en el Gran Colisionador de Hadrones, produciendo el bosón de Higgs. © 1997-2021 CERN (License: CC-BY-SA-4.0).

Este trabajo, que publica la revista European Physical Journal C, se basa en la presencia de una pequeña dimensión espacial, “tan pequeña que sólo podemos tener constancia de ella a través de sus efectos indirectos”, explica Adrián Carmona, Athenea3i fellow de la Universidad de Granada y miembro del departamento de Física Teórica y del Cosmos, uno de los autores del artículo.

Ya en los años 20 del siglo XX, en un intento por unificar las fuerzas de la gravedad y el electromagnetismo, Theodor Kaluza y Oskar Klein especularon sobre la existencia de una dimensión adicional más allá de las conocidas tres dimensiones espaciales y el tiempo, que en física se combinan en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

Dichos modelos se popularizaron en la década de los 90, cuando los físicos teóricos se dieron cuenta de que teorías con dimensiones adicionales curvas podían explicar algunas de las preguntas más importantes del campo. Sin embargo, a pesar sus múltiples puntos fuertes, dicho modelos carecían en general un candidato viable a materia oscura.

Ahora, más de 20 años después, Adrián Carmona, junto con colaboradores de la Universidad de Mainz, el profesor Matthias Neubert y el estudiante de doctorado Javier Castellano, han predicho la existencia en estos modelos de una nueva partícula pesada con propiedades similares al famoso bosón de Higgs.

Una nueva dimensión

“Dicha partícula podría jugar un papel fundamental en la generación de masas de todas las partículas sensibles a esta dimensión extra, y ser a la vez la única ventana relevante a un posible sector oscuro responsable de la existencia de materia oscura, lo que resolvería de un sólo golpe dos de los mayores problemas de estas teorías a priori desconectados”, explica el investigador de la UGR.

Sin embargo, a diferencia del bosón de Higgs, que fue descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en 2012 tras una búsqueda de más de 40 años, la partícula propuesta por estos investigadores es tan pesada que no podría ser producida de forma directa en dicho experimento, el  colisionador de partículas de mayor energía del mundo.

El investigador de la UGR Adrián Carmona Bermúdez, del departamento de Física Teórica y del Cosmos de la UGR.

En el artículo reciente publicado en European Physical Journal C, los investigadores estudian otras posibles vías de descubrir dicha partícula, intentando obtener pistas sobre la física en una etapa muy temprana de la historia de nuestro universo, cuando se produjo la materia oscura.

Referencia bibliográfica:

Carmona, A., Castellano Ruiz, J. & Neubert, M. A warped scalar portal to fermionic dark matter. Eur. Phys. J. C 81, 58 (2021). https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-08851-0

https://link.springer.com/article/10.1140%2Fepjc%2Fs10052-021-08851-0