La Materia Oscura, los Fotones Oscuros, y la Quinta Fuerza

El Universo está impulsado por cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. El comportamiento de la materia dentro de los universos que se rigen por sus interacciones a través de estas fuerzas. Si estas cuatro fuerzas son realmente las únicas fuerzas que hay, a continuación, mediante la comprensión de estas fuerzas debemos tener una comprensión completa de cómo interactúan los objetos. Así que cuando la materia se comporta de una manera que es raro o inexplicable, una idea que a menudo se considera es que podría haber otra fuerza en el trabajo. Tal vez hay una quinta fuerza fundamental que aún no hemos descubierto. Tomemos, por ejemplo, el misterio de la materia oscura.
fue propuesto por primera vez la materia oscura para explicar el hecho de que no parecía el movimiento de hidrógeno en la Vía Láctea a seguir las reglas de la gravedad. Ya sea nuestra comprensión de la gravedad no se aplicará en escalas galácticas, o nuestra galaxia tiene mucha más masa de la que es visible a través de las estrellas y el polvo. Durante las últimas décadas, otra evidencia de observación apoya la existencia de la materia oscura, pero la fijación abajo los detalles ha demostrado ser muy molesto. Los esfuerzos para detectar la materia oscura directamente no han tenido éxito, y la creación de un modelo teórico que unifica la materia oscura con la materia ordinaria es igualmente difícil de alcanzar.
En base a la observación, sabemos algunos hechos sobre la materia oscura. Que representa aproximadamente el 27% de la materia en nuestro universo, que interactúa gravitacionalmente como materia regular, y que interactúa débilmente (en su caso) con la luz. En otras palabras, la materia oscura interactúa a través de la fuerza de la gravedad, pero no el electromagnético. Quizás el modelo más popular de la materia oscura propone que también interactúan con la fuerza débil, haciéndolos Interacción Débil partículas masivas (WIMPs). Pero si la materia oscura está compuesta de WIMP que deberían ser detectables a través de interacciones débiles en la Tierra, y hasta ahora no se han observado tales interacciones.
Entonces, ¿qué otra cosa podría ser la materia oscura? Si la materia oscura solamente interactúa con otro asunto a través de la fuerza de la gravedad, a continuación, es de suponer que también interactúa con solamente sí gravitacionalmente. Pero ha habido algunas pistas interesantes que la materia oscura tal vez puede interactuar con ella misma de una manera no-gravitacional. Podría ser a través de la fuerza fuerte, o podría ser a través de algunos de los nuevos, la fuerza de materia oscura.
Cada fuerza fundamental de Higgs tiene una fuerza de carga correspondiente a través del cual interactúa con la materia. La fuerza fuerte tiene gluones, electromagnetismo y fotones, etc. Si hay una quinta fuerza de materia oscura, debería haber alguna correspondiente Higgs interacción. Hace varios años, Sean Carroll et al propusieron una fuerza análoga al electromagnetismo conocido como el electromagnetismo oscuro. Del mismo modo que la materia normal interactúa con el electromagnetismo a través de fotones, la materia oscura podría interactuar a través de "fotones oscuros." Dado que los fotones oscuros no interactuarían con la materia normal, la "luz" de la materia oscura no se ve, lo que explica su naturaleza invisible.
De acuerdo con el modelo electromagnetismo oscura, los fotones oscuros y fotones regulares interactuarían ligeramente a través de un proceso conocido como mezcla, y esto tendría un efecto sutil en las interacciones de partículas. Cuando se propuso el modelo se pensó fotones oscuros podrían explicar un misterio en la física de partículas conocido como G-2 anomalía, en el que el valor experimental de momento magnético de un muón difiere en tres desviaciones estándar de la predicción teórica del modelo estándar. Sin embargo los experimentos posteriores parecen eliminar fotones oscuros como una solución viable.

Los datos parecen coincidir con la existencia de un nuevo Higgs. Crédito: A. J. Krasznahorkay et al.
Recientemente los estudios de las tasas de descomposición de berilio-8 han llevado a los investigadores a proponer una nueva variación de la fuerza de la materia oscura. Berilio-8 núcleos son muy inestables, por lo que se descomponen en átomos de helio muy rápidamente. Pero si tiene una gran cantidad de energía berilio-8 emite un fotón de alta energía antes de desintegrarse. Este fotón puede decaer igualmente en un par electrón-positrón, que es mucho más fácil de detectar. Según el modelo estándar, el electrón y el positrón son mucho más propensos a tener una dirección similar, por lo que cuanto mayor sea la diferencia en sus direcciones, los pares menos debería ver. Sin embargo, un equipo encontró un bache en el número cuando fueron espaciados alrededor de 140 grados de separación, lo que podría explicarse por una interacción con un nuevo tipo de Higgs. Es energía es demasiado alto para ser un fotón oscuro, por lo que el equipo lo ha calificado como una x-Higgs, siendo x "desconocidos".
Es importante tener en cuenta que, si bien esto podría ser un gran descubrimiento, que necesita ser replicado. Incluso si resulta ser legítima no hay evidencia de conectarlo a la materia oscura. El equipo estaba buscando específicamente para una fuerza de Higgs de materia oscura, por lo tanto, la conexión a la materia oscura. En su forma actual es un resultado interesante, pero hay mucho más trabajo por hacer.