2o ciclo LHC y materia oscura??¿?¿?

[fisiko88]

Hola a todos,

Una de las cosas que más me extraña cuando se habla de las cosas que se podrían descubrir con el nuevo LHC es el tema de la materia oscura.

Normalmente la materia oscura se introduce en un modelo cosmológico para explicar las observaciones que hacemos sobre la expasión del universo (al igual que se hace con la energía oscura). Por eso, es que no entiendo muy bien qué es lo que va a pasar en el LHC, para que podamos obtener información sobre el origen o las propiedades de la materia oscura en el universo.

Siempre que he tratado el tema de la materia oscura ha sido en cosmología y no en física de partículas, por lo que realmente no se que predicciones se han hecho sobre ella ni nada. Si alguien pudiera arrojar un poco de luz sobre el tema se lo agradecería.

Un saludo y gracias!

[polonio]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Aunque parezca increíble, la cosmología y la física de partículas están muy estrechamente ligadas. Para poner de manifiesto las partes más íntimas de la materia (física de partículas) hacen falta energías muy altas y estas energías se ven involucradas a escala cosmológica ("Tenemos un buen laboratorio por ahí fuera", decía un profesor mío). De forma recíproca, los fenómenos que no podemos estudiar bien ("por ahí fuera") los simulamos en los aceleradores-colisionadores y los miramos bien de cerca. Los resultados de los experimentos que se obtienen en, por ejemplo, el LHD nos revelan datos íntimos de la materia que afectan a escala cosmológica. Resumiendo: En algunos fenómenos cosmológicos y en fenómenos a nivel nuclear se ponen en juego energías similares.

Por otra parte, la formación y la evolución del Universo (cosmología) se ve reflejada en cómo están formados los átomos y los núcleos (física de partículas) así como la abundancia de los distintos tipos de núcleos que encontramos.

[fisiko88]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Ya, eso me queda claro, lo que me refiero es que (hasta donde yo se) la materia oscura queda fuera del Modelo Standard, y no se si hay alguna teoría cuántica de campos que prediga la existencia de materia oscura en el universo. De ahí que me extrañe que digan que en el LHC donde tendremos energías del orden del TeV pueda observarse materia oscura. ¿Hay alguna teoría que prediga que del orden del TeV deberíamos apreciar efectos de materia oscura, al igual que el modelo standard predice el Higgs a esos niveles de energía? ¿Más aún, hay alguna teoría cuántica de campos que explique la materia oscura del universo?

Un saludo y gracias.

[polonio]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Los experimentos del LHC no tienen por qué estar todos llevados de la mano del modelo estándar ni de la teoría cuántica de campos (aunque sea la teoría física que alcanza las cotas más altas de exactitud en lo que predice). Los experimentos a estas altas energías pueden corroborar o refutar lo predicho por la teoría cuántica de campo, pero también poner de manifiesto aspectos que no predice la teoría cuántica de campos y, que yo sepa, no se ha dado una explicación medianamente completa a la materia oscura dentro de esta teoría (ni de ninguna otra). Pero no soy experto en este campo y no te podría decir más al respecto.

[feynman]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Actualmente se desconoce el tipo de partículas que componen la materia oscura, pero existe la suposición que este tipo de materia está formada por un listado de partículas hipotéticas, axiones, WIMPs y neutrinos pesados. Más concretamente, los WIMPs son partículas que solamente sufren interacción nuclear débil y gravitatoria, y el Axion es una partícula introducida para resolver el problema de la cromodinámica cuántica con la simetría carga y espejo.
Se tiene la esperanza, de pensar en el milagro de poder detectar las partículas WIMPs en el LHC.

[pod]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Actualmente se desconoce el tipo de partículas que componen la materia oscura, pero existe la suposición que este tipo de materia está formada por un listado de partículas hipotéticas, axiones, WIMPs y neutrinos pesados. Más concretamente, los WIMPs son partículas que solamente sufren interacción nuclear débil y gravitatoria, y el Axion es una partícula introducida para resolver el problema de la cromodinámica cuántica con la simetría carga y espejo.
Se tiene la esperanza, de pensar en el milagro de poder detectar las partículas WIMPs en el LHC.

De la lista que citas, la mayoría de partículas están bastante descartadas, aunque se habían considerado en el pasado. En efecto, el modelo más aceptado hoy en día es el WIMP (que son partículas que interaccionan de forma muy débil; lo cual no quiere decir que siempre tenga que ser mediante la interacción nuclear débil ).

Hoy en día, la apuesta más común sobre qué partícula "WIMP" responsable de la materia oscura es el neutralino (no el neutrino). Es una partícula que proviene de los modelos de supersimetría; aparece por ejemplo en el MSSM (una extensión del modelo estándar para incluir supersimetría). Hay esperanzas que LHC llegue a descubrir supersimetría, así que en efecto es posible que se llegue a encontrar la partícula responsable de la materia oscura (y no es un "milagro").

También hay bastantes esfuerzos de encontrar dicha partícula directamente. La Tierra vive en un mar inmenso de materia oscura, las partículas (¿neutralinos?) nos traviesan constantemente. No las detectamos porque interaccionan de forma muy tenue, pero se espera poder crear un detector lo suficientemente sensible para detectarlos. También hay esfuerzos de detecciones indirectas, detectando los residuos de una desintegración neutralino + neutralino --> 2 fotones (rayos gamma).

Eso sí, recordad que hoy en día hay pruebas directas que la materia oscura existe. No sólo se introduce para "arreglar las ecuaciones" (inicialmente fue así, pero ya no). Creo que puse el enlace hace tiempo por aquí en el foro.

[feynman]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Me gustaría realizar una serié de matizaciones a lo indicado en el anterior post.


Efectivamente he comentado que estas hipotéticas partículas solamente interaccionan mediante la gravedad y mediante la nuclear débil. No solamente mediante la débil.


Quisiera explicar esta parte con más detenimiento, en el post anterior he hablado de neutrinos pesados, no de neutrinos. Las partículas que “casan” con la descripción de materia oscura, son partículas neutras y con masa, pero con masa suficiente para tener una baja velocidad y provocar cúmulos de materia oscura fría, que es realmente lo observado, por ello hablaba de un tipo de partícula no descubierta todavía, un tipo de neutrino pesado.


Ahora me gustaría matizar el tema milagro. En efecto hay bastantes esfuerzos de encontrar WIMPs, sobre todo por detección directa, el experimento que ha dado mejores resultados es el realizado en Italia, DAMA/Nal, donde se han encontrado una serie de impactos, pero en mi opinión los mencionados son difícilmente identificables y reconocibles, por ejemplo por que solo se han dado en un detector, cuando hay varios, es decir seguimos funcionando con especulaciones. Ni siquiera hipótesis.



Con relación al LHC y a la detección de WIMPs, parece que no es posible. En el colisionador se habla de la detección de SuperWIMPs que son los productos de desintegración de los WIMPs, por tanto no es lo mismo. Por ello hablaba que encontrar directamente WIMPs en el LHC sería un verdadero milagro.


Por último encantado de “ftpear” bytes con gente en superávit de conocimientos físicos.

[pod]

Re: LHC y materia oscura??¿?¿?

Me gustaría realizar una serié de matizaciones a lo indicado en el anterior post.


Efectivamente he comentado que estas hipotéticas partículas solamente interaccionan mediante la gravedad y mediante la nuclear débil. No solamente mediante la débil.


Quisiera explicar esta parte con más detenimiento, en el post anterior he hablado de neutrinos pesados, no de neutrinos. Las partículas que “casan” con la descripción de materia oscura, son partículas neutras y con masa, pero con masa suficiente para tener una baja velocidad y provocar cúmulos de materia oscura fría, que es realmente lo observado, por ello hablaba de un tipo de partícula no descubierta todavía, un tipo de neutrino pesado.


Ahora me gustaría matizar el tema milagro. En efecto hay bastantes esfuerzos de encontrar WIMPs, sobre todo por detección directa, el experimento que ha dado mejores resultados es el realizado en Italia, DAMA/Nal, donde se han encontrado una serie de impactos, pero en mi opinión los mencionados son difícilmente identificables y reconocibles, por ejemplo por que solo se han dado en un detector, cuando hay varios, es decir seguimos funcionando con especulaciones. Ni siquiera hipótesis.



Con relación al LHC y a la detección de WIMPs, parece que no es posible. En el colisionador se habla de la detección de SuperWIMPs que son los productos de desintegración de los WIMPs, por tanto no es lo mismo. Por ello hablaba que encontrar directamente WIMPs en el LHC sería un verdadero milagro.


Por último encantado de “ftpear” bytes con gente en superávit de conocimientos físicos.

WIMPs es un nombre genérico, uno no puede ponerse a buscar WIMPs. Para buscarlas, sobre todo en un acelerador, uno tiene que hacer una hipótesis sobre lo que son (la ciencia funciona así, hipótesis --> comprobación).

Como dije, una de las hipótesis que más se han movido en los últimos años es que la materia osucura está constituida por partículas de supersimetría. Es posible que, si supersimetría existe (hipotesis) y su escala es próxima a la del LHC (hipotesis), entonces el acelerador pueda crear algunas de estas partículas. En ese caso, la partícula supersimétrica que más probabilidades tiene de crearse es la que sea más ligera (nota: más ligera de entre las supersimétricas, que seguiría siendo más pesada que cualqueira de las conocidas hasta ahora probablemente). Y esa más ligera sería la mayor candidata a ser responsable de la materia oscura. La partícula más ligera en la mayoría de modelos supersimétricos (no en todos), si no recuerdo mal es el neutralino.

Un neutralino no es un neutrino. Ni un neutrino pesado (este término se reserva para las posibles componentes "derechas" de los neutrinos; recordad que los neutrinos estándar sólo tienen componente izquierda).