Energía oscura … ¿en un detector de materia oscura?

Para junio de 2020, la detección de un intrigante exceso de eventos en los datos recopilados como parte del experimento XENON1T había creado una cierta locura en el mundo de la física. La colaboración internacional, cuyo objetivo es limpiar la materia oscura dentro del detector de partículas en Gran Sasso, Italia, ha señalado que puede haber detectado partículas hipotéticas y hasta ahora esquivas: axiones solares, partículas elementales predichas pero nunca antes observadas, como su nombre. sugiere, sería producido por el sol. Aunque los axiones solares no se consideran candidatos directos para la materia oscura, otros tipos de axiones sí lo son, por lo que encontrar uno sería un gran paso.

Poco más de un año después, la hipótesis axio acaba de tomar la delantera en el ala con la publicación, el 15 de septiembre de 2021, en la revista. Revisión física D, una nueva interpretación de estos datos por un equipo de físicos teóricos de la Universidad de Amsterdam, Cambridge, Hawaii y Paris-Saclay. Afirman que hay demasiados axiones solares para producir la señal observada. En resumen, si el modelo que involucra axiones fuera correcto, las estrellas más masivas producirían una gran cantidad de energía en forma de axiones y tendrían una vida útil mucho más corta de lo que sabemos. Entonces hay un hueso. Es por eso que Sunny Vagnozzi, primer autor del artículo, y sus colaboradores, acaban de proponer otro escenario, no menos emocionante: la señal detectada puede corresponder a partículas portadoras de fuerza, como la energía.

La experiencia XENON1T. Realizado en Gran Sasso, Italia, entre 2016 y 2018, el objetivo del experimento fue lavar la materia oscura en un tanque de 3,2 toneladas de xenón líquido. Enterrado a una profundidad de 1.500 metros bajo el macizo de los Abruzos, el XENON1T es actualmente el detector más grande y sensible dedicado a la búsqueda de este enigmático material. La idea era que si una partícula de materia oscura pasaba a través del depósito, excitaría los átomos de xenón para producir un destello de luz y electrones libres, todos detectables por una serie de sensores ultrasensibles. Tendremos que esperar a la próxima versión del experimento, denominada XENONnT y para la que se multiplicará el volumen de xenón por tres, para obtener datos más fiables.

Recuerda que la energía oscura (o energía oscura) es esta fuerza repulsiva dotada de una presión negativa que parece estar en el origen de la aceleración de la expansión del Universo. Como la materia oscura, cuya existencia aún no se ha probado, la energía oscura es un misterio para nosotros. Sin embargo, estimamos que constituye el 68% del Universo, mientras que la materia bariónica, la que conocemos aquí en la Tierra y con la que interactuamos, representa solo el 5%. El 27% restante sería materia oscura. ¡Sí, el 95% del Universo nos es desconocido!

Una ilustración de la expansión del Universo de la que se cree que es responsable la energía oscura. Crédito: Mark Garlick / Science Photo Libra / MGA / AFP

Mecanismo “camaleón”

Dado que su existencia se asumió por primera vez en la década de 1990 (el término “energía oscura” aparecerá en 1998 en una publicación), la energía oscura ha sido descrita según varios modelos que buscan concordar con el modelo cosmológico estándar. En particular, varios de estos modelos ofrecen una explicación del hecho de que la energía oscura parece tener un efecto solo a gran escala. Y por una buena razón: en nuestro pequeño Sistema Solar, las partículas de energía oscura deberían, en principio, modificar la gravedad, pero no lo son. Para explicar esta “inconsistencia”, los físicos han hecho propuestas. Uno de ellos es decir que la energía oscura funciona mediante un mecanismo de blindaje, también conocido como mecanismo “camaleón”, que permitiría anular los efectos de su fuerza a pequeña escala.

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Según este mecanismo, estas partículas de energía oscura con comportamiento de “camaleón” ven variar su masa efectiva según el entorno que encuentran (esto es lo que ocurre, por ejemplo, en el contexto del fenómeno de superconductividad para fotones, partículas de luz, que no pueden penetrar en un material superconductor). Así, la energía oscura cambiaría de masa y comportamiento dependiendo de si se encuentra en un área donde la materia es más o menos densa. En áreas con alta densidad, como en la Tierra, sus partículas tendrían una gran masa pero una fuerza menor, que se ejerce solo a una distancia mínima. Por otro lado, en el espacio interestelar donde casi no hay materia, tendrían una masa menor, pero su influencia se extendería mucho más. Este tipo de cambio explicaría la extraña observación de que la energía oscura no parece tener una influencia a nivel local, sino un fuerte efecto a escala galáctica.

“Efecto de gravedad modificado”

Volvamos ahora al experimento XENON1T y al exceso de eventos significativos detectados hace un año. Tras demostrar que este exceso no podía atribuirse a los axiones, el equipo internacional sugirió que las partículas detectadas en el tanque también podrían equiparse con un mecanismo de cribado.. “Eso explicaría que estamos en presencia en el tanque de partículas masivas teóricamente imposibles de crear en el corazón del Sol, ya que requieren energía “, explica Philippe Brax, físico teórico del Instituto de Física Teórica Paris-Saclay y coautor de la publicación. “Suponemos que estaban producido en un área muy específica del Sol, la taquoclina, una capa de transición escasa entre las regiones internas del Sol, en lugar de en su núcleo. Hay fuertes campos magnéticos en la taquoclina que pueden ayudar a transmutar los fotones solares en partículas ‘camaleón’ y hacerlas mucho menos intensivas en energía. “

Una presentación en video del proyecto XENON1T.

Pero entonces, ¿cuál es la relación con la energía oscura? ¿Es esta una prueba de su existencia? “No, pero al demostrar la existencia de un campo de luz escalar que tendría las características de un modelo de blindaje (de un campo escalar ‘camaleón'”, nota del editor), reforzaríamos la hipótesis de que la energía oscura también funciona de esta manera “, La sombra de Philippe Brax. En resumen, no estamos viendo la energía oscura, sino, potencialmente, “el mismo efecto de gravedad modificado”.

Sin embargo, habrá que esperar a la próxima versión de XENON1T, el XENONnT, para confirmar que este intrigante exceso de eventos en el tanque no se debe simplemente al ruido de fondo, enemigo de los físicos y, sin duda, incluso más paciencia para esperar un día para asegurarse de que realmente son una prueba de la existencia de partículas de energía oscura. Nos vemos en unos años.