Más allá de la partícula de Dios: investigadores de la UA abren nuevas vías al estudio de la materia oscura

El descubrimiento del bosón de Higgs o 'partícula de Dios' supuso un salto cualitativo en el estudio de la materia, al explicar la composición de la masa de las partículas elementales. Una hipótesis que solo fue corroborada años después y que, sin embargo, no hizo sino abrir más posibilidades de estudio. A partir de entonces, la física continúa su labor para conocer el funcionamiento del Universo, del que los humanos tan solo comprendemos un 6%.

Desde entonces, uno de los grandes desafíos de la ciencia es dar una explicación a la materia oscura, que compone el 85% del universo. Esa misteriosa forma de materia está compuesta por partículas que no absorben, reflejan o emiten luz. Por tanto, es invisible para el ser humano.

«Sabemos que existe por sus efectos gravitacionales, pero no hemos podido observarla directamente», apuntan los investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Alicante (UA), Antonio Gómez-Bañón y José A. Pons. Ambos científicos han publicado un artículo que revela un innovador método de estudio del axión QCD (Quantum Chromo-Dynamics, Cromodinámica Cuántica), otra partícula hipotética, como el bosón de Higgs, cuyo descubrimiento daría otro salto cualitativo al conocimiento del universo.

El descubrimiento del axión QCD permite resolver grandes cuestiones de la física fundamental como la naturaleza de la materia oscura. De ahí que sea crucial determinar sus propiedades, como su masa, y su forma de interactuar con otras partículas. La teoría indica que en la masa «si esta partícula existe, su presencia tendría efectos medibles en ciertos entornos extremos como son las estrellas de neutrones», destacan Gómez-Bañón y Pons.

De hecho, su último trabajo, publicado en la prestigiosa revista 'Physical Review Letters' junto a investigadores de la Universidad Técnica de Múnich, se centra precisamente en entender cómo el axión QCD puede afectar la estructura y temperatura de las estrellas de neutrones observando fenómenos astrofísicos. Y, al mismo tiempo, busca maneras de acotar las propiedades de estas partículas.

El equipo de investigadores de la UA ha realizado dos contribuciones clave en la búsqueda de este axión: la identificación de una nueva región de exclusión en su espacio de parámetros y el desarrollo de un método innovador para acotar sus propiedades utilizando estrellas de neutrones. «Hemos investigado cómo la hipotética partícula afecta a la energía y presión de la materia nuclear dentro de las estrellas de neutrones», explican.

Las soluciones obtenidas revelan que, para ciertos valores de los parámetros del axión QCD, la capa externa de la estrella de neutrones se vuelve más delgada, reduciendo su aislamiento térmico y acelerando el enfriamiento de la estrella. Por comparación, «esto es equivalente a que un planeta pierda su atmósfera y se anule el efecto invernadero», explican.

Para alcanzar esta conclusión, los investigadores de la UA han llevado a cabo simulaciones de la evolución térmica de la estrella a largo plazo. «En etapas avanzadas de la evolución, las simulaciones predijeron estrellas de neutrones más frías que los datos observacionales. Esta diferencia nos ha permitido establecer nuevos límites a los valores de los parámetros del axión QCD», señalan.

A diferencia de enfoques previos, el nuevo método ideado examina cómo la propia presencia del axión modifica la estructura de la estrella de neutrones, comprimiendo sus capas externas y acelerando su enfriamiento. Además, aclaran, «la región de exclusión que hemos identificado restringe modelos teóricos previos, especialmente aquellos en los que el axión QCD sería un poco más ligero de lo esperado».

«Si bien aún no hemos detectado el axión QCD, su posible influencia en los entornos más extremos del universo abre una ventana única para explorar los misterios más profundos de la física», concluyen los investigadores de la UA.

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• Universidad de Alicante (UA)