Descubren la posible puerta a la quinta dimensión
Eduardo Martínez de la Fe
La quinta dimensión, diminuta e imperceptible para el ojo humano, estaría situada a medio camino entre el universo visible y la materia oscura. Sería atravesada por una partícula hipotética que señala el camino para llegar a la materia oscura.
Científicos de la Universidad de Granada (UGR) y de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (Alemania) han encontrado, en los laberintos de unas ecuaciones formuladas por Einstein en 1915, una partícula hipotética que puede actuar como portal a una quinta dimensión, situada a medio camino entre el universo visible y la materia oscura.
Si existe, esa quinta dimensión (todavía una abstracción) tendría que ser increíblemente diminuta e imperceptible para el ojo humano, y podría resolver algunas de las profundas cuestiones abiertas de la física de partículas, según los investigadores.
Por otro lado, la existencia de esa partícula especulativa, según esta investigación, publicada en la revista European Physical C, explicaría de forma natural la abundancia de materia oscura, que representa el 85% de la materia conocida y constituye uno de los mayores misterios del universo.
El estudio añade que la presencia de esa partícula especulativa puede explicar también algunos de los misterios que rodean a los fermiones, que se comportan como si fueran simultáneamente partículas y antipartículas y nunca forman un estado cuántico, entre otras particularidades asombrosas.
Nuevo modelo del universo
La nueva investigación presenta un modelo del universo con una quinta dimensión que puede ser atravesada por partículas, a través de la cual entrarían y saldrían los fermiones provocando los misterios que rodean a su comportamiento cuando los detectamos desde un universo de cuatro dimensiones, incluido el tiempo.
Los investigadores han podido atisbar esta posible explicación a través de las así llamadas ecuaciones de campo de Einstein, que relacionan la presencia de la materia con la curvatura del espacio-tiempo. A estas ecuaciones añadieron otra teoría posterior, conocida como de Kaluza-Klein, que considera un espacio-tiempo de cinco dimensiones.
Partiendo de estos modelos previos, los investigadores elaboraron ecuaciones de campo de 5 dimensiones para ver si en ese contexto teórico podría aclararse algo sobre la materia oscura y el misterio de los fermiones.
Siguiendo los pasos de Higgs
El resultado de esta especulación matemática indica la presencia de un campo asociado a una partícula especulativa que, según los investigadores, es bastante parecida al campo de Higgs y a la famosa partícula conocida como bosón de Higgs.
Sin embargo, a diferencia del bosón de Higgs, descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en 2012, después de una búsqueda de más de 40 años, la partícula propuesta por estos investigadores es tan pesada que no podría ser producida de forma directa en este experimento.
“Dicha partícula podría jugar un papel fundamental en la generación de masas de todas las partículas sensibles a esta dimensión extra, y ser a la vez la única ventana relevante a un posible sector oscuro responsable de la existencia de materia oscura, lo que resolvería de un sólo golpe dos de los mayores problemas de estas teorías, a priori desconectados”, explica al respecto el investigador de la UGR, Adrián Carmona, en un comunicado.
Partículas similares
Los investigadores se apoyan en lo que sabemos del bosón de Higgs para considerar que la hipotética nueva partícula está relacionada con ella: «dado que esta nueva partícula tiene propiedades cuánticas muy similares a las del bosón de Higgs, es muy natural suponer que las dos partículas deberían mezclarse entre sí, lo que significa que sus funciones de onda de la mecánica cuántica están entrelazadas», explican en declaraciones a la revista canadiense Vice.
“Si existe esta partícula pesada, necesariamente conectaría la materia visible que conocemos y que hemos estudiado en detalle, con los constituyentes de la materia oscura, asumiendo que la materia oscura está compuesta de fermiones fundamentales que viven en la dimensión extra”, añaden los físicos.
“Esta no es una idea descabellada, ya que sabemos que la materia ordinaria está hecha de fermiones y que, si existe esta dimensión adicional, es muy probable que se propaguen también en ella”, concluyen.
Destacan asimismo que la partícula hipotética no contradice la evidencia observacional de la abundancia de materia oscura y consideran que podría ser una vía de acceso para que podamos acceder al lado oscuro del universo.
Bueno, ahora hay que encontrarla
El descubrimiento matemático de esa partícula hipotética no implica que exista realmente, lo que supone que el siguiente paso es seguir un recorrido científico como el que condujo a la comprobación material del bosón de Higgs.
Uno de los problemas que se plantea es que el acelerador de hadrones (LHC) del CERN no puede generar la hipotética nueva partícula, por lo que habrá que esperar a la nueva generación de aceleradores para intentarlo.
No sería el único camino: los investigadores piensan que tal vez pueda ser detectada también a través de la observación de las ondas gravitatorias, ya que esa partícula hipotética podría generarlas.
Por último, no descartan que, indagando en la materia oscura, los astrónomos puedan también tropezarse con la partícula hipotética y certificar su existencia, así como la de esa quinta dimensión, todavía fantasmagórica, de la que supuestamente procede.
Impresión artística de un Blazar, una fuente de energía asociada a un agujero negro. (Crédito: DESY, Science Communication Lab).
¿Solución definitiva?
Esta constatación ofrecería asimismo pistas sobre una etapa muy temprana de la historia de nuestro universo, cuando se produjo la materia oscura, por lo que, de confirmarse, daría un potente impulso al conocimiento de los orígenes de la materia, de las estrellas y planetas.
La última reflexión de estos científicos, recogida en su artículo, es todavía más contundente: sabiendo que la materia oscura no puede explicarse en el Modelo Estándar, la nueva física puede orientarse hacia esa quinta dimensión extra porque resolvería algunas cuestiones no aclaradas de la física actual, entre ellas permitiría integrar la materia oscura en un nuevo modelo, y resolvería a la vez el problema de la jerarquía (no sabemos por qué el bosón de Higgs es ligero cuando debería de ser muy muy pesado), que afecta a la física teórica cuando establece parámetros fundamentales.
Atasco científico
De todas formas, esta propuesta debe ser contemplada en el contexto de la física actual, que lleva años atascada en dos posibles interpretaciones de los problemas no resueltos del universo, explica a Tendencias21 el catedrático de la Universidad Complutense, Eduardo Costas, que no participó en la investigación.
Una interpretación se basa en buscar la nueva física en el entorno de dimensiones adicionales que explicarían, como en el caso de esta investigación, cuestiones fundamentales como la materia oscura o el misterio de los fermiones.
La segunda interpretación prefiere optar por modelos de gravedad cuántica, que proponen unificar la teoría cuántica de campos con la relatividad general y vincular así tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza con la gravedad. En esta escuela figura la Teoría de la Gran Unificación, que vincula tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza electromagnética.
Ambas teorías necesitan de investigaciones poderosas, la primera en aceleradores de partículas, la segunda en mejores telescopios, para avanzar y determinar cuál es el camino correcto para profundizar en el conocimiento del universo, concluye Costas.
El destacado físico François Vannucci añade al respecto: “el problema actual es que el conocimiento progresa asintóticamente en el dominio de los dos extremos, lo pequeño y lo grande. Desde luego, todavía debemos esperar más progresos, pero me temo que algún día la sociedad rechace mantener un esfuerzo (económico) cada vez más colosal.”
Si la quinta dimensión está realmente en alguna parte, todavía tardaremos en encontrarla.
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Referencia
A warped scalar portal to fermionic dark matter. Adrian Carmona, Javier Castellano Ruiz & Matthias Neubert. The European Physical Journal C, Volume 81, Article number: 58 (2021). DOI:https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-08851-0
Imagen: 95C en Pixabay
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Fuente:
https://tendencias21.levante-emv.com/descubren-la-posible-puerta-a-la-quinta-dimension.html
