miércoles, 8 de junio de 2016

La partícula ‘X’ puede haber apagado todo el litio cósmico #Ciencia Kanija 2.0 #noticias


Artículo publicado por Edwin Cartlidge el 3 de junio de 2016 en physicsworld.com

Durante poco más de una década, los científicos han tenido problemas para explicar por qué la cantidad de litio que se predice que se habría formado en los inicios del universo, es unas tres veces el valor observado en la realidad. Ahora, un equipo internacional de investigadores cree tener la respuesta: un nuevo tipo de partícula, fuera del Modelo Estándar, habría interactuado con protones y neutrones poco después del Big Bang rompiendo el litio-7.

Litio

Litio Crédito: iStockphoto/Insomnela

De acuerdo con una teoría conocida como "nucleosíntesis del Big Bang", los protones y los neutrones se fusionaron para formar núcleos en los primeros minutos tras el Big Bang. Este proceso generó deuterio, grandes cantidades de helio-4 y menores cantidades de helio-3 – estos dos últimos se combinaron para crear berilio-7, el cual finalmente se desintegra formando litio-7. La teoría realiza predicciones muy precisas sobre las proporciones relativas de estos núcleos, basándose en una cantidad – conocida como proporción fotón-barión – tomada a partir de las observaciones del fondo de microondas cósmico.

¿Discrepancia en las medidas?

Para el helio y el deuterio, estas predicciones concuerdan muy bien con las observaciones de los sistemas físicos que se piensa que contienen material que data de la época del Big Bang. Sin embargo, el valor teórico para el litio – apenas cinco por cada mil millones de hidrógeno – es entre dos y cinco veces superior.

Ahora, Maxim Pospelov del Instituto Perimeter en Waterloo, Canadá, junto con sus colegas de la Academia Austriaca de Ciencias, en Viena, dicen que esta discrepancia no es una "crisis total para la cosmología" debido a que los niveles observados de litio-7, que se obtienen a partir de los espectros atmosféricos de estrellas muy viejas, podrían no encajar con los valores primordiales. Los investigadores dicen que algunos oscuros procesos astronómicos podrían haber acabado con el litio dentro de las atmósferas estelares, pero añade que los astrofísicos aún tienen que fijar dicho proceso.

En lugar de esto, el equipo ha buscado la solución en la física de partículas. Pospelov señala que, durante años, los físicos pensaron que los neutrones producidos por la desintegración de partículas "supersimétricas" inestables podrían haber convertido el litio-7 en núcleos más ligeros, como los de helio-4. Sin embargo, esos neutrones finalmente se habrían fusionado con protones libres para crear más deuterio, haciendo que la abundancia teórica de este isótopo fuese demasiado alta. Cualquier helio-4, por contra, habría sido casi inapreciable, dada su abundancia. "La cantidad de deuterio se ha medido con gran precisión en los últimos años", comenta, "por lo que los escenarios supersimétricos han caído en el olvido".

¿X marca el punto?

Para superar este problema, Pospelov y sus colegas proponen una partícula "X" anteriormente desconocida que es eléctricamente neutra y bastante estable, la cual interactúa fuertemente tanto con protones como con neutrones, y tiene una masa entre los 1,6 y los 20 MeV. El mérito de la partícula X, explica Pospelov, es que no requiere neutrones extra para romper el litio. "Nuestra idea fue buscar un ingrediente en la física de partículas para reciclar los neutrones que ya existen", comenta.

La partícula X agotaría el litio de dos modos. Podría romper los núcleos de berilio en helio-3 y helio-4 antes de que se desintegrasen en litio-7. También podría romper los núcleos de deuterio en sus protones y neutrones constituyentes. En este último caso, los neutrones liberados destruirían el litio, pero luego se recombinarían con protones aislados para mantener igual la cantidad de deuterio. El límite superior de 20 MeV establecido para la masa de la partícula X, al ser menor que la energía de unión del helio-4, implicaría que la abundancia de estos núcleos tampoco se vería afectada.

Sobre si la partícula X podría haber desempeñado otro papel en el universo, Pospelov dice que, teóricamente, podría actuar como mediador entre la materia normal y la materia oscura – la misteriosa sustancia que se cree que forma al menos cuatro quintas partes de la masa del universo. Apunta que se prefiere que esta hipotética materia oscura "auto-interactuante" tenga un mediador con aproximadamente la misma masa, entre 10–30 MeV.

Despejando X

Pospelov admite que esta nueva partícula puede sonar "un tanto arbitraria", pero dice que distintos experimentos pueden poner a prueba su existencia. Entre estos están los experimentos de "volcado de haz" que implican la iluminación de un objetivo fijo con un haz de protones o electrones, y monitorizar las partículas de la masa adecuada unos metros por detrás del objetivo. Alternativamente, señala, los experimentos que estudian partículas conocidas como los kaones, proporcionarían un "entorno muy limpio" para la búsqueda de partículas X, dado que éstas interactuarían muy fuertemente con los quarks ligeros, como los quarks strange y up/down que forman los kaones.

En ausencia de tales pruebas experimentales, otros expertos se mantienen escépticos. Keith Olive de la Universidad de Minnesota, en los Estados Unidos, dice que hay poca innovación teórica en una partícula ligera que interactúa fuertemente con protones y neutrones y que cae fuera del Modelo Estándar. La propuesta, defiende, "sirve más como ejemplo de algo que podría funcionar, que como una solución" al problema del litio cósmico perdido.

Kenneth Nollett de la Universidad Estatal de San Diego, también en los Estados Unidos, describe la propuesta como "inteligente" pero "algo especulativa". Sospecha que el problema del litio, probablemente, tiene una explicación astrofísica, pero dice que incluso si éste resulta ser el caso, la actual investigación habrá merecido la pena. "El avance de la ciencia requiere trabajar en todos los frentes", apunta.

La investigación se publica en la revista Physical Review Letters.