Una nueva teoría sugiere que la materia oscura surgió cuando partículas ultrarrápidas se volvieron pesadas

Una nueva teoría desarrollada por físicos de la Universidad de Dartmouth sugiere que la materia oscura —la misteriosa sustancia que representa el 85 % de la masa del universo— podría haberse originado cuando partículas ultrarrápidas y sin masa se enlazaron, desaceleraron y adquirieron masa repentinamente poco después del Big Bang. El estudio ha sido publicado en Physical Review Letters.

“La materia oscura comenzó su vida como partículas relativistas, casi como la luz”, explicó Robert Caldwell, profesor de física y autor principal del artículo. Según él, este modelo desafía la concepción tradicional de la materia oscura como una sustancia fría, pesada y estática, al proponer un proceso de transformación desde un estado energético a uno condensado, semejante al paso del vapor al agua.

La teoría postula que partículas sin masa de alta energía —similares a los fotones— se unieron tras el Big Bang mediante un acoplamiento de espines opuestos, similar a los polos magnéticos. Este emparejamiento generó una rápida caída de energía que transformó estas partículas en componentes frías y pesadas que darían lugar a la materia oscura actual.

Guanming Liang, estudiante de último año y primer autor del estudio, comparó esta transformación con los pares de Cooper en la superconductividad: electrones que se emparejan a baja temperatura y permiten la conducción eléctrica sin resistencia. Esta analogía sirve como prueba teórica de que las partículas del universo primitivo podrían haber experimentado una condensación similar.

“Lo más inesperado fue cómo nuestro modelo matemático vincula directamente una alta densidad de energía con una caída brusca, generando una sustancia densa, fría y sin presión”, explicó Liang. Este comportamiento, según los autores, es compatible con las observaciones actuales del universo y podría detectarse en el fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación remanente del Big Bang.

El modelo predice una firma específica en el CMB, lo que lo hace comprobable a través de datos de proyectos existentes y futuros, como el Observatorio Simons en Chile o la Etapa 4 del CMB. Si se detecta esa huella, se podría confirmar esta transformación de partículas sin masa en materia oscura, ofreciendo una respuesta a uno de los mayores enigmas de la cosmología moderna.

La teoría también resuelve otro rompecabezas cosmológico: cómo es posible que la densidad energética del universo haya disminuido tanto desde sus inicios, al tiempo que la materia oscura ha sido suficiente para formar galaxias y cúmulos. “Nuestro modelo explica ambos aspectos con elegancia y sin necesidad de componentes adicionales”, destacó Caldwell.

Aunque aún es una hipótesis, los investigadores sostienen que su teoría se sustenta en conceptos bien establecidos y que su sencillez matemática es una de sus fortalezas. “Es emocionante”, dijo Caldwell. “Es una nueva forma de entender cómo pudo haberse formado la materia oscura, y ahora podemos ir a buscar evidencia concreta en el cielo”.

Referencias: Physical Review Letters - DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.191004