Asimetría bariónica y materia oscura.

Una nueva idea propone matar dos pájaros de un tiro: explicar la naturaleza de la materia oscura y explicar la asimetría entre materia y antimateria.

Un grupo de físicos ha propuesto una nueva partícula a la que que podríamos llamar X. Esta partícula decaería principalmente en materia normal, mientras que su antipartícula decaería en antimateria oscura. Estos físicos sostienen que la existencia de esta partícula en el Universo temprano podría explicar tanto la materia oscura como la asimetría de materia-antimateria.
La mal llamada materia oscura, que debería llamarse más bien “invisible” u “oculta”, constituye la mayor parte de masa del Universo. Podemos inferir su efecto gravitatorio, pero no podemos, de momento, señalar con el dedo a las partículas que la forman. Para explicar esta masa se ha propuesto a los neutrinos, la existencia de partículas débilmente interactuantes o WIMPs, la presencia de axiones, WIMPless, materia espejo, super-WIMPs, partículas supersimétricas e incluso partículas que sólo interaccionaran gravitatoriamente.
Los experimentos todavía no nos han dado pruebas concluyentes sobre la responsabilidad de ninguna en la materia oscura ni de la existencia de la mayoría de ellas. Aunque el modelo preferido (WIMPs) sugiere partículas de 100 GeV, los pocos eventos registrados en los detectores hablan de 7 a 8 GeV.
Por otro lado, la antimateria es relativamente fácil de producir. Recientemente se han logrado incluso atrapar los primeros antiátomos como ya hemos contado en NeoFronteras.
Pero uno de los misterios de la Física es por qué el Universo está hecho de materia en lugar de antimateria. Hay una asimetría bariónica. Si la simetría hubiese sido perfecta al comienzo del Universo todas las partículas se hubieran aniquilado entre sí y sólo hubiera quedado radiación. Hasta ahora se había tratado de resolver la asimetría bariónica invocando a la violación de la simetría de carga y paridad o simetría CP. Violación que se registrado en el laboratorio en el decaimiento de ciertas partículas que prefieren hacerlo un poco más en materia que en antimateria. Pero este efecto es demasiado pequeño para explicar la cantidad de materia observada en el Universo, por eso se ha propuesto, aunque no se ha observado aún, la violación de la simetría CPT.
Hooman Davoudiasl y sus colaboradores han propuesto una partícula X (un fermión tipo Dirac) que podría resolver ambos misterios. Esta partícula tendría una masa de 1000 GeV (sería miles de veces más pesada que un protón) que decaería hacia un neutrón o hacia dos partículas hipotéticas que denominan Y y Φ. Estas dos partículas tendrían masas de 2 ó 3 GeV. La antipartícula de X, la anti-X, decaería en un antineutrón o en un par anti-Y anti-Φ.
La partícula X violaría la simetría CP de un modo un poco especial. La X decaería en neutrones más frecuentemente que la anti-X lo haría en antineutrones, pero esto se vería compensado con que la anti-X decaería más frecuentemente en anti-Y anti-Φ que la X lo haría en Y y Φ. Aunque la mayoría de la materia se aniquilaría con la antimateria al principio del Universo, esta discrepancia dejaría una porción de materia visible y una porción más pesada de antimateria oscura.
La idea es, desde luego, elegante, pero necesita se comprobada experimentalmente. Estos físicos han pensado cómo se podrían detectar anti-Y y anti-Φ. A diferencia de las WIMPs, las anti-Y y anti-Φ no se aniquilan entre sí. Sin embargo, podrían provocar el decaimiento del protón, algo prohibido por el modelo estándar de partículas. Una anti-Y podría colisionar con un protón, pero una X virtual rompería un protón transformándolo en un kaón, y transformaría una anti-Y en una partícula Φ.
Un detector como el SuperKamiokande podría observar el decaimiento de protones en kaones, que en este tipo de procesos se produciría a una energía mucha más alta que el decaimiento del protón propuesto por otras teorías más allá del modelo estándar, como las teorías de gran unificación. El escenario estaría en la frontera de la detectabilidad. Cuando las teorías de gran unificación propusieron del decaimiento del protón se pusieron en marcha varios experimentos para detectarlo, pero o bien tal proceso no existe o es tan infrecuente que la masa implicada en los experimentos era insuficiente.
Aunque hay varias teorías en desarrollo que ligan la producción de materia oscura con la asimetría bariónica, ésta en concreto es especial por proponer la desintegración del protón y un escenario de experimentación. Estas teorías estarían más en línea de lo poco que parece haberse detectado en experimentos para de detección directa de materia oscura.
Si el efecto del decaimiento espontáneo del protón es se da, entonces en un remoto futuro toda la materia ordinaria se habrá evaporado, o bien en agujeros negros o bien por desintegración de protones. Sólo quedará radiación y electrones.

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Fuentes y referencias:
Noticia en Physics Wolrd.
Artículo original.
Artículo en ArXiv.