En nuestro Modelo Estándar de Física de Partículas , derivado de la extremadamente exitosa teoría C20 de la mecánica cuántica y confirmado por observaciones y experimentos, hay ciertos puntos en común que tienen relación con esta cuestión.
Fig. 1 – Hasta ahora, todo bien: nuestro modelo estándar de física de partículas
Los fermiones a la izquierda (quarks verdes y leptones azules en la figura 1) son las partículas de materia, mientras que los bosones a la derecha (portadores de fuerza rojos en la figura 1) son las partículas de fuerza, es decir, cuando el azul / Las partículas de materia verde interactúan a través de la fuerza electromagnética, la fuerza fuerte o la fuerza débil, lo hacen emitiendo o absorbiendo una partícula transportadora de fuerza roja (respectivamente un fotón, gluón o bosón [Z | W]).
- ¿Qué tan grande sería un objeto si su tamaño estuviera situado entre la cosa más pequeña, alguna partícula subatómica, digamos, y la más grande, el Universo?
- ¿Por qué los quarks no pueden aislarse y estudiarse solos?
- ¿El número de partículas o partículas subatómicas dentro del vacío del espacio en una galaxia es diferente al de las galaxias? Si es así, por cuánto?
- Si los electrones pueden absorber los fotones, ¿por qué los electrones libres no pueden absorber los fotones?
- ¿Es posible que las partículas cuánticas se muevan en 4, 5, 6 o 7 dimensiones y por eso no podemos predecir su ubicación?
Afortunadamente, sabemos que la historia no termina ahí, # 1
Hay una cuarta fuerza, aún no contabilizada en nuestro Modelo Estándar, es decir, la gravedad. Ya tenemos una teoría de la gravedad C20 extremadamente exitosa, es decir: relatividad general; pero también sabemos que en circunstancias en las que la teoría cuántica y la relatividad se necesitan juntas para una comprensión completa, por ejemplo, el agujero negro y las singularidades del Big Bang, estas dos teorías resultan ser incompatibles.
Entonces, se está buscando una teoría que abarque C21, conocida genéricamente como ‘gravedad cuántica’, que resolverá esta incompatibilidad C20. Una expectativa de tal teoría de la gravedad cuántica es que cuantificará la gravedad y, por lo tanto, revelará un bosón portador de fuerza gravitacional conocido como el ‘gravitón’.
Fig. 2 – Los premios Nobel te esperan …
Incluso antes de tener una teoría de la gravedad cuántica completamente desarrollada, hay predicciones que podemos hacer válidamente sobre el gravitón:
- no tendrá masa y se moverá a una velocidad relativista, porque la fuerza gravitacional parece tener un rango ilimitado
- debe ser un bosón spin-2, porque la fuente de gravitación, el tensor de estrés-energía, es un tensor de segundo rango
- solo un campo sin masa de spin-2 se acopla (interactúa) con el tensor de tensión-energía de la misma manera que lo hace el campo gravitacional
Por lo tanto, el hipotético gravitón no tiene masa, media la fuerza de gravedad y, como todos los demás portadores de fuerza, no tiene otras interacciones, es decir: NO está “interactuando débilmente”.
Afortunadamente, sabemos que la historia no termina ahí, # 2
Descubrimientos recientes de la cosmología de precisión revelan que estamos hechos de cosas extremadamente raras: la materia ordinaria cubierta en nuestro Modelo Estándar de Física de Partículas solo constituye ~ 4% del contenido total de masa / energía de nuestro universo observable.
Fig. 3 – Hasta ahora, tan misterioso: nuestro Modelo Estándar de Cosmología Doble Oscuro Big Bang
Entonces, se busca una explicación de lo que constituye todo ese todavía misterioso ~ 23% de la materia oscura fría. Uno de los candidatos bajo investigación es un WIMP, una ‘partícula masiva que interactúa débilmente’. Esta clase de partículas surge de un tipo popular de extensión a nuestro Modelo Estándar de Física de Partículas (es decir: supersimetría de conservación de la paridad R), aunque hasta ahora no se ha detectado ninguna de las muchas nuevas partículas predichas por dicha extensión de supersimetría. , por lo que siguen siendo hipotéticos (al igual que el gravitón).
Sin embargo, hay predicciones que podemos hacer teóricamente sobre tal WIMP:
- interactúa solo a través de la fuerza nuclear débil y la gravedad (o posiblemente a través de otras interacciones con fuerzas no mayores que la escala débil)
- tiene una gran masa en comparación con las partículas estándar
- se mueve lentamente (para ser congruente con la forma en que la materia oscura se ha agrupado gravitacionalmente sobre la historia cósmica)
Fig. 4 – Implicaciones más allá de la cosmología.
Graviton: ¿Candidato a la materia oscura?
Así que ahora podemos comparar y contrastar el hipotético gravitón y una hipotética partícula candidata de materia oscura, el WIMP.
GRAVITON
- sin masa
- velocidad relativista
- partícula de fuerza
- sin interacción débil
ENDEBLE
- masivo
- velocidad lenta
- partícula de materia (oscura)
- interacciones gravitacionales y débiles
Entonces, de hecho (hipotético), cuando los WIMP interactúan gravitacionalmente, su fuerza gravitacional es transportada por los gravitones.
Como podemos ver ahora, el gravitón NO parece ser un buen candidato para una partícula de materia oscura.
Fig. 5 – Graviton cf. WIMP: incluso las personificaciones antropomórficas también son muy diferentes dis
