La expansión cada vez más acelerada del universo puede estar impulsada por una forma misteriosa de materia llamada «despartículas», que no obedecen al modelo estándar de la física de partículas , sugiere un nuevo artículo teórico.

Los científicos reconocen ampliamente que el universo se está expandiendo , aunque la causa de esa expansión sigue siendo difícil de alcanzar. Una de las explicaciones propuestas más populares es una entidad misteriosa llamada energía oscura en forma de constante cosmológica, que conduce a una expansión a un ritmo independiente de la edad del universo y la temperatura de la materia y la radiación. Sin embargo, observaciones astronómicas recientes desafían esta hipótesis , lo que llevó a los físicos a explorar alternativas a lo que podría ser la energía oscura.

Ahora, en un nuevo artículo, los investigadores analizaron la idea de que la energía oscura está formada por una forma teórica de materia llamada no partículas. Descubrieron que esta teoría se alinea mejor con las observaciones que el modelo cosmológico estándar predominante, que supone una constante cosmológica.

«Desde el punto de vista observacional, surgen discrepancias en los valores de la tasa de expansión del universo y el crecimiento de estructuras a gran escala [galaxias y cúmulos galácticos] entre mediciones», dijo a WordsSideKick.com el coautor del estudio, Utkarsh Kumar , cosmólogo de la Universidad de Ariel, en un correo electrónico. . «Varias observaciones, incluidas las mediciones del fondo cósmico de microondas, la atenuación de las supernovas y muchas otras, contribuyen a esta tensión».

Magnitudes como la constante de Hubble, que determina la tasa de expansión, y la llamada S8, que contiene información sobre la formación de estructuras de gran escala, no se miden directamente. En cambio, se calculan a partir de observaciones del fondo cósmico de microondas (radiación sobrante del Big Bang ) y de estrellas y galaxias distantes, utilizando teorías matemáticas. Sin embargo, diferentes teorías arrojan diferentes valores de estos parámetros a partir de los mismos datos, lo que plantea una enorme tensión en la cosmología .

Para abordar este problema, los autores del nuevo estudio, publicado en diciembre de 2023 en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics , sugieren que la expansión del universo no está impulsada por una constante cosmológica sino por no partículas, que anteriormente se habían considerado en el contexto de la física de partículas.

«La idea de las no partículas fue introducida por [el físico teórico Howard] Georgi hace más de una década», dijo a WordsSideKick.com el autor principal del estudio, Ido Ben-Dayan , también de la Universidad de Ariel, en un correo electrónico. «En física fundamental, normalmente hablamos de campos, como el campo eléctrico, donde las partículas son excitaciones de ese campo. En el caso del campo eléctrico, estos son los fotones», o paquetes de luz. En casi todos los casos, añadió Ben-Dayan, las partículas son excitaciones con una masa y un momento bien definidos.

Sin embargo, «las no partículas son el resultado de un conjunto de campos cuyas excitaciones no tienen un impulso ni una masa bien definidos», afirmó Ben-Dayan. «Así, a nivel macroscópico, se comportan como un fluido. Una consecuencia especial de esta propiedad es que su ecuación de estado, que describe la relación entre la presión que ejercen y su densidad de energía, depende de la temperatura».

Esta ecuación de estado se parece mucho a la ecuación de la constante cosmológica. Además, la muy débil interacción de las no partículas con la materia «normal», predicha por todos los modelos teóricos de la sustancia, la convierte en un excelente candidato para la energía oscura.

Despartículas desenredadas

En su trabajo, Ben-Dayan y Kumar utilizaron la hipótesis de la no partícula en lugar de la constante cosmológica y la combinaron con datos de observación recopilados de muchos experimentos. Descubrieron que, a diferencia de los valores calculados utilizando el modelo cosmológico estándar, los valores de la constante de Hubble y el parámetro S8 deducidos de estos experimentos eran consistentes entre sí cuando utilizaron la teoría de las no partículas.

«Además, su modelo redujo la discrepancia entre las mediciones de la constante de Hubble y S8, restableciendo así la concordancia entre las diferentes mediciones», dijo Kumar.

Por ahora, no existe evidencia empírica que respalde esta teoría. Sin embargo, los autores confían en que, en la próxima década, la precisión de las mediciones astronómicas mejorará lo suficiente como para determinar si la teoría de las no partículas es correcta.

«Nuestro modelo se prueba mediante observaciones cosmológicas en constante mejora», dijo Ben-Dayan. «Si es correcto, futuros experimentos del Fondo Cósmico de Microondas deberían [confirmarlo]».

Actualmente se están desarrollando experimentos para medir la naturaleza de la energía oscura, pero requerirán que los telescopios «sondeen más atrás en el tiempo » que lo que hacen actualmente, añadió Ben-Dayan.

Además, los físicos planean aumentar la precisión de sus cálculos y buscar posibles manifestaciones de no partículas en experimentos más familiares con partículas elementales en aceleradores, que podrían verse afectadas por la presencia de no partículas.

«Tenemos la intención de considerar las interacciones entre las no partículas y el modelo estándar de partículas elementales», dijo Kumar. «Esto puede poner a prueba nuestro modelo. Estudiaremos más a fondo algunas extensiones de nuestro modelo y sus consecuencias cosmológicas».

https://www.livescience.com/physics-mathematics/particle-physics/mysterious-unparticles-may-be-pushing-the-universe-apart-new-theoretical-study-suggests