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Si la materia oscura es un nuevo tipo de partícula, ¿qué implica eso?

Tengo entendido que la materia oscura no puede ser (o al menos es muy poco probable que lo sea) una forma exótica de cualquier partícula conocida. Por otro lado, los artículos sobre aceleradores de partículas parecen decir que el Higgs es la última pieza que falta en el rompecabezas del Modelo Estándar.

Si Si se determina que la materia oscura es alguna forma de partícula nueva, ¿cuáles son las implicaciones seguras? ¿Podría tal descubrimiento "mantenerse al margen" del Modelo Estándar o cambiaría sin duda los fundamentos?

(Perdonen mi comprensión y vocabulario extremadamente lego - por favor, siéntanse libres de corregir mis errores).

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Matt Solnit Puntos 683

La sabiduría convencional sobre la materia oscura es que probablemente sea un nuevo tipo de partícula que no forma parte del modelo estándar. Básicamente, la razón es que la mayoría de las partículas estables del modelo estándar interactúan electromagnéticamente (y por tanto no serían "oscuras").

La excepción son los neutrinos, y durante mucho tiempo la materia oscura de neutrinos se consideró una posibilidad viable, pero no parece funcionar por varias razones. La principal es que la materia oscura de neutrinos sería "caliente" (lo que significa que las partículas habrían tenido velocidades relativistas en un pasado no muy lejano), mientras que la forma en que se observa que la materia oscura se agrupa gravitacionalmente sólo parece funcionar si la materia oscura es "fría".

Durante bastante tiempo, la gente trató de idear modelos en los que la materia oscura era materia ordinaria (hecha de átomos), pero eso tampoco parece funcionar por varias razones. En un Universo con una densidad de materia atómica lo suficientemente alta, las abundancias de elementos ligeros producidas en el Universo primitivo serían muy diferentes de lo que se ve. No hay una buena manera de hacer que este tipo de materia sea lo suficientemente "oscura": incluso si la haces fría y neutra, sigue interactuando con la radiación con demasiada fuerza para permanecer oculta. Además, un universo hecho sólo de materia atómica predice un espectro de fluctuaciones en el fondo de microondas, y un montón de otros observables cosmológicos, que difieren en gran medida de lo que observamos.

Así que la teoría principal es que la materia oscura es un tipo diferente de partícula estable, neutra y de interacción débil. Tal partícula estaría necesariamente "más allá del modelo estándar".

Probablemente la posibilidad menos exótica es que sea una partícula supersimétrica. Si la supersimetría es correcta, hay un montón de nuevas partículas por ahí esperando a ser descubiertas. La mayoría de ellas son inestables, pero la más ligera es estable y sería una excelente candidata a materia oscura.

Si la supersimetría es correcta, hay muchas posibilidades de que el LHC la detecte, así que puede que sepamos la respuesta a esto en un futuro no muy lejano. Pero también es posible que no.

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Fernando Briano Puntos 3704

Permítanme abordar esta parte de la pregunta, ya que la parte de la física está cubierta por Ted Bunn.

Si se determina que la materia oscura es alguna forma de partícula nueva, ¿cuáles son las implicaciones seguras? ¿Podría tal descubrimiento "mantenerse al margen" del Modelo Estándar o cambiaría sin duda los fundamentos?

Hasta ahora, los avances en la comprensión de la física de partículas se han producido no descartando completamente las teorías anteriores, sino asimilándolas. La razón es que las teorías anteriores, como lo será también el modelo estándar en el futuro, se basaban en datos sólidos. Estar basadas en datos significa que sólo son una forma abreviada de describirlos. Los datos antiguos siguen existiendo cuando aparecen datos nuevos, como el ejemplo de la materia oscura , así que lo que ocurrirá es que el modelo estándar se incorporará a cualquier teoría nueva que describa la materia en el microcosmos.

Las teorías de cuerdas ya incluyen el modelo estándar dentro de su estructura, por lo que no se producirá ningún "abandono" si se considera que son suficientes para describir todos los datos nuevos. Las teorías de cuerdas tienen una plétora de formas de materia que bien podrían explicar/describir la materia oscura.

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