Materia, energía oscura y supersimetría


Por Alejandro R. Álvarez Silva


Como sabemos, la Supersimetría entiende que los fermiones (electrones, etc.) pueden convertirse en bosones (partículas de campo como fotones, etc.) y los bosones en fermiones. Ahora bien, no puede transformarse cualquier fermión en cualquier bosón, sino que cada tipo de partícula formaría pareja única y exclusivamente con su propio tipo de compañero supersimétrico.

Pero, lo cierto es que hasta hoy no se han encontrado estos compañeros supersimétricos. Ninguna de las partículas de materia conocida tiene como supersimétrico cualquiera de los portadores de fuerza conocidos; tampoco ninguno de los bosones tiene por compañero supersimétrico a ningún fermión actual. Por eso decimos que el electrón (un fermión) debería tener un compañero supersimétrico al que se le ha bautizado como selectrón (un bosón), al fotón (un bosón) se le empareja supersimétricamente al fotino (un fermión). Por supuesto, ambos nunca se han visto.

Al conjunto de todas estas hipotéticas entidades de denomina partículas SUSY. Unas de las razones que se esgrimen para no haber sido observados, aún, es que tienen masas tan grandes que no se ha construido en la actualidad ningún acelerador con la suficiente potencia.

La segunda razón fundamental sería que son inestables, por lo que se desintegrarían de inmediato en una mezcla de partículas como los fermiones y bosones habituales y otras partículas SUSY más ligeras. Pero aquí hay una notable excepción: el más ligero de tales “compañeros supersimétricos” (se apunta en especial el fotino), por la simple razón de que no podría haber nada más ligero en que desintegrarse, tendría que ser estable (1).

Aunque no haya habido hasta el presente evidencia alguna de que la Supersimetría sea correcta, tampoco existe ninguna evidencia de que sea incorrecta.

Los cinco primeros años de datos recogidos por la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que estudió el fondo de radiación de microondas concluyó que el universo en la actualidad está compuesto del 72% de energía oscura y el 27,6% de materia, de la cual el 23% correspondería a la llamada materia oscura (2).

También llegó a la conclusión de que hace 13.700 millones de años, el universo se componía del 63% de materia oscura, 12% de materia ordinaria, 15% de energía fotónica y 10% de energía correspondiente a los neutrinos (3).

Hoy existe materia ordinaria brillante (la de las estrellas, etc.) llamada materia bariónica visible, y otra materia bariónica “oscura” más abundante que la que brilla en el espectro visible.

La materia bariónica “oscura” (no la que corresponde a la exótica “materia oscura”) se ha localizado mediante observaciones de satélites en la parte ultravioleta del espectro, invisible a nuestros ojos. Se ha observado que nuestra Galaxia y sus vecinos (el Grupo Local de galaxias) están “embebidos” en una gran nube de gas intergaláctico caliente de hidrógeno y helio, que irradia en el extremo azul del espectro, el ultravioleta; sus partículas se mueven tan rápidamente que no podrían mantenerse en ese lugar si no existiese allí “materia oscura fría”. Precisamente esa radiación ultravioleta es un excelente rastreador para localizar tal materia oscura “del mismo modo que las bombillas de colores proporcionan un rastro del contorno de un árbol de Navidad”.

Hay que expresar que se tiene el convencimiento de que la combinación de teorías de gran unificación con supersimetría (“SUSY GUT”) es extremadamente prometedora. Aún queda encontrar formas de incorporar la fuerza gravitatoria en este paquete, bajo la forma de una Teoría del Todo o TOE. El modo de conseguirlo sería describiendo las interacciones gravitacionales en términos de intercambio de gravitones (partículas o cuantos del campo gravitatorio), postulando la existencia de sus compañeros supersimétricos, los gravitinos (4). Aunque los fotones no pueden interactuar entre sí, los gravitones sí pueden, por eso los cálculos son mucho más difíciles en el campo gravitatorio.

Una vez más hay que hacer hincapié en la muy probable estabilidad de la partícula supersimétrica más ligera, también llamada LSP o neutralino (desprovista de carga). Se supone que este LSP podría ser el fotino (5) o el gravitino.

Alguna versiones mejoradas de SUSY sugieren un límite de unos 300 GeV (unas trescientas veces la masa de un átomo de hidrógeno) para la masa del neutralino. La mejor apuesta actual es una masa entre 100 y 300 GeV (6).

Se ha demostrado de forma fehaciente que el universo es plano y que se está expandiendo con una aceleración creciente, como resultado de un campo ٨ definido por la llamada constante cosmológica. Se ha especulado mucho sobre la posibilidad de que dicha constante sea la introducida por
Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad para conseguir que el universo deducido de sus ecuaciones fuese estático; también se ha querido identificar esta última con la llamada “energía del vacío” que prevé una generalidad de planteamientos cuánticos, aunque con unos órdenes de magnitud tan dispares, que esto mismo ha llegado a constituir uno de los mayores problemas que tiene planteados la nueva astrofísica.

La densidad de energía oscura se cree constante a lo largo de la existencia de todo el universo, por eso se calcula que hace 10.000 millones de años la energía oscura contribuía sólo en un 10% a la densidad del mismo, y dentro de otros 10.000 millones de años será un 6% de la densidad total.
No obstante, dicho lo anterior, existe una alternativa a la constante cosmológica que es tomada en consideración por algunos astrónomos y bastantes más físicos de partículas, y es que la densidad de energía oscura podría no ser constante, sino una especie de “quintaesencia”, cuyo campo implicado sería el quinto campo de fuerza después de la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. La quintaesencia tendría siempre la misma densidad que la materia, oponiéndose de forma exacta a la gravedad (7), en otras palabras, manteniéndose igual a la densidad crítica a lo largo de todo el tiempo. (Por ello el momento actual no debería ser tan especial y único, lo que no hace necesario aplicar el Principio Antrópico).

De (2) y (3) calculemos el coeficiente entre la materia total (ordinaria y oscura) para el instante actual y el de hace 13.700 millones de años, será:

63+12/27,6 = 2,72

Haciendo lo mismo, exclusivamente para la materia oscura, en esos mismos instantes:

63/23 = 2,74

Y para la materia ordinaria:

12/4,6 = 2,6

(En el numerador faltaría la contribución de la masa de los neutrinos, no de los fotones desprovistos de masa)

De todos los anteriores presupuestos, en verdad simples, me atrevo a sugerir una hipótesis tan “exótica” como las mismas materia y energía oscuras.

Aunque son muy pocos los valores confirmados de la materia y la energía oscura deducidos de la radiación de fondo de microondas, sugiero que los coeficientes anteriores indican que la reducción de materia ordinaria y oscura se mantiene en la misma proporción en el transcurso del tiempo. (La discrepancia entre los coeficientes 2,6 de la materia ordinaria y 2,74 de la materia oscura, se debe a no haber considerado la materia correspondiente a los neutrinos de hace 13.700 millones de años. La corrección puede realizarse multiplicando el coeficiente de materia total 2,72 por la materia ordinaria actual 4,6, resultando 12,512. Así que 12,512-12 = 0,512, sería la contribución de la masa de los neutrinos en aquella época).

En esta teoría se toma como constante a lo largo de todo el tiempo, pues, la relación entre la materia oscura y la ordinaria (8). De esta forma, en el tiempo actual 23/4,6 =5, y hace 13.700 millones de años 63/12,512 = 5.

Se establece que el universo siempre permanece con densidad crítica, para lo cual el incremento continuo de la energía oscura se corresponde con una disminución de la materia-energía total (materia ordinaria y oscura, y energía de neutrinos y fotones). Ello quiere decir que la materia total del universo va desapareciendo continuamente a medida que el mismo se expande. Pudiera ser que el “sumidero” principal de esa desaparición de masa residiera en el “corazón” de los agujeros negros. (En los dos momentos anteriormente considerados la masa-energía pasa del 100% a aproximadamente el 27,6% -materia oscura y ordinaria- con una pérdida de alrededor de 100% - 27,6%, o sea, unos 72%, que es lo que ha crecido la energía oscura).

¿Y cómo se hace explícito todo esto? Pues bien, he supuesto que son los fotinos (5) supersimétricos, como neutralinos, quienes constituyen sustancialmente la materia oscura. La “necesaria estabilidad” (1) de la más ligera de las partículas supersimétricas, si la Supersimetría existe, requiere también su necesaria presencia, y dada su masa supuesta (de 100 a 300 GeV) (6), nos da la relación constante (8) entre materia oscura y ordinaria.

En este mismo orden de cosas, la otra partícula supersimétrica más liviana como el gravitino (4) podría tener una clara relación con la energía oscura. Pero explicaré como.

Supongamos que existen dos universos íntimamente relacionados. Uno, por supuesto, el familiar, aquel en el que vivimos, y otro altamente especulativo, con características que globalmente pueden considerarse opuestas. En este último universo, por ejemplo, el tiempo podrá correr en sentido contrario, las masas tendrían energías negativas y quizás por eso a nuestra expansión correspondería una contracción. También, su “masa ordinaria” estaría relacionada con su “masa oscura” en la misma proporción que en nuestro universo, pero invertida. Allí habría más masa ordinaria que oscura (lo contrario que sucede en nuestro mundo).

Pues bien, la energía correspondiente a los “gravitinos” supersimétricos de este universo se identificaría con nuestra energía oscura, y por el mantenimiento de la densidad crítica (también en este universo), la masa-energía “ganada” en ese otro universo, corresponde al incremento de la energía oscura en el nuestro. Así, si consideramos como un campo la fuerza de expansión cósmica de nuestro universo, la partícula de ese campo sería la “transformada del gravitino” de ese otro universo, o sea una especie de “gravitino inverso” (que, por supuesto, sería un bosón). De tal forma que la materia-energía que pudiera “perderse” en el “corazón” de nuestros agujeros negros, sería la “energía oscura” que revertiría nuevamente en nuestro universo. De igual forma, nuestros “gravitinos” supersimétricos se encuentran en el otro universo oculto, dirigiendo la contracción del mismo.

El “gravitino inverso” (un bosón), pues, se opone y de “forma exacta” a la acción de los gravitones del campo gravitatorio (7) cósmico. El resultado: un universo plano en expansión en el que la fuerza de gravitación de la masa-energía se compensa exactamente con la “fuerza de recesión”.

No habría nada nuevo que decir respecto a la preponderancia de la materia sobre la antimateria en nuestro universo, pues la violación de la simetría CP es una ley bien establecida para la interacción débil. En el otro universo se debería dar una ley similar: uno de los tipos de materia prevalecería sobre el otro, existiendo sus partículas y sus antipartículas.

Los dos universos aludidos están conectados por la gravitación, tal como sugiere la teoría M. Son los gravitinos con su poder de influencia sobre toda la masa-energía de ambos universos, quienes se comportan como “motores” de la Creación, quienes mantienen en movimiento oscilatorio, entre explosiones e implosiones, el gigantesco sistema cuántico que constituyen los dos universos paralelos.

Fuente: http://www.textoscientificos.com/fisica/materia-energia-oscura-supersimetria

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