viernes, abril 04, 2008

MATERIA, ENERGÍA OSCURA Y SUPERSIMETRÍA (I)

MATERIA, ENERGÍA OSCURA Y SUPERSIMETRÍA (I)


Como sabemos, la Supersimetría entiende que los fermiones (electrones, etc.) pueden convertirse en bosones (partículas de campo como fotones, gravitones, etc.) y los bosones en fermiones. Ahora bien, no puede transformarse cualquier fermión en cualquier bosón, sino que cada tipo de partícula formaria pareja única y exclusivamente con su propio tipo de compañero supersimétrico.
Pero, lo cierto es que hasta hoy no se han encontrado estos compañeros supersimétricos. Ninguna de las partículas de materia conocida tiene como supersimétrico cualquiera de los portadores de fuerza conocidos; tampoco ninguno de los bosones tiene por compañero supersimétrico a ningún fermión actual. Por eso decimos que el electrón (un fermión) debería tener un compañero supersimétrico al que se le ha bautizado como selectrón (un bosón), al fotón (un bosón) se le empareja supersimétricamente al fotino (un fermión). Por supuesto, ambos nunca se han visto.
Al conjunto de todas estas hipotéticas entidades se denomina partículas SUSY. Una de las razones que se esgrimen para no haber sido observados, aún, es que tienen masas tan grandes que no se ha construido en la actualidad ningún acelerador con la suficiente potencia. La segunda razón fundamental sería que son inestables, por lo que se desintegrarían de inmediato en una mezcla de partículas como los fermiones y bosones habituales y otras partículas SUSY más ligeras. Pero aquí hay una notable excepción: el más ligero de tales "compañeros supersimétricos" (se apunta en especial el fotino), por la simple razón de que no podría haber nada más ligero en que desintegrarse, tendría que ser estable (1).
Aunque no haya habido hasta el presente evidencia alguna de que la Supersimetría sea correcta, tampoco existe ninguna evidencia de que sea incorrecta.
Los cinco primeros años de datos recogidos por la sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) que estudió el fondo de radiación de microondas concluyó que el universo es la actualidad está compuesto del 72% de energía oscura y el 27,6% de materia, de la cual el 23% correspondería a la llamada materia oscura (2).
También llegó a la conclusión de que hace 13.700 millones de años, el universo se componía del 63% de materia oscura, 12% de materia ordinaria, 15% de energía fotónica y 10% de energía correspondiente a los neutrinos (3).
Hoy existe materia ordinaria brillante (la de las estrellas, etc.) llamada materia bariónica visible, y otra materia bariónica "oscura" más abundante que la que brilla en el espectro visible.
La materia bariónica "oscura" (no la que corresponde a la exótica "materia oscura") se ha localizado mediante observaciones de satélites en la parte ultravioleta del espectro, invisible a nuestros ojos. Se ha observado que nuestra Galaxia y sus vecinos (el Grupo Local de galaxias) están "embebidos" en una gran nube de gas intergaláctico caliente de hidrógeno y helio, que irradia en el extremo azul del espectro, el ultravioleta; sus partículas se mueven tan rápidamente que no podrían mantenerse en ese lugar si no existiese allí "materia oscura fría". Precisamente esa radiación ultravioleta es un excelente rastreador para localizar tal materia oscura "del mismo modo que las bombillas de colores proporcionan un rastro del contorno de un árbol de Navidad".
Hay que expresar que se tiene el convencimiento de que la combinación de teorías de gran unificación con supersimetría ("SUSY GUT") es extremadamente prometedora. Aún queda encontrar formas de incorporar la fuerza gravitatoria en este paquete, bajo la forma de una Teoría del Todo o TOE. El modo de conseguirlo sería describiendo las interacciones gravitacionales en términos de intercambio de gravitones (partículas o cuantos del campo gravitatorio), postulando la existencia de sus compañeros supersimétricos, los gravitinos (4). Aunque los fotones no pueden interactuar entre sí, los gravitones sí pueden, por eso los cálculos son mucho más difíciles en el campo gravitatorio.
Una vez más hay que hacer hincapié en la muy probable estabilidad de la partícula supersimétrica más ligera, también llamada LSP o neutralino (desprovista de carga). Se supone que esta LSP podría ser el fotino (5) o el gravitino.
Algunas versiones mejoradas de SUSY sugieren un límite de unos 300 GeV (unas trescientas veces la masa de un átomo de hidrógeno) para la masa del neutralino. La mejor apuesta actual es una masa entre 100 y 300 GeV (6).
Se ha demostrado de forma fehaciente que el universo es plano y que se está expandiendo con una aceleración creciente, como resultado de un campo definido por la constante cosmológica. Se ha especulado mucho sobre la posibilidad de que dicha constante cosmológica sea la introducida por Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad para conseguir que el universo deducido de sus ecuaciones fuese estático; también se ha querido identificar esta última con la llamada "energía de vacío" que prevé una generalidad de planteamientos cuánticos, aunque con unos órdenes de magnitud tan dispares, que esto mismo ha llegado a constituir uno delos mayores problemas que tiene planteados la nueva astrofísica.
La densidad de energía oscura se cree constante a lo largo de la existencia de todo el universo, por eso se calcula que hace 10.000 millones de años la energía oscura contribuía sólo en un 10% a la densidad del mismo, y dentro de otros 10.000 millones de años será un 6% de la densidad total.
No obstante, dicho lo anterior, existe una alternativa a la constante cosmológica que es tomada en consideración por algunos astrónomos y bastantes más físicos de partículas, y es que la densidad de energía oscura podría no ser constante, sino una especie de "quintaesencia", cuyo campo implicado sería el quinto campo de fuerza después de la gravedad, el electromagnetismo, y las fuerzas nucleares fuerte y débil. La quintaesencia tendría siempre la misma densidad que la materia, oponiéndose de forma exacta a la gravedad (7), en otras palabras, manteniéndose igual a la densidad crítica a lo largo de todo el tiempo. (Por ello el momento actual no debería ser tan especial y único, lo que no hace necesario aplicar el Principio Antrópico).