Esta semana la investigación de la materia oscura ha dado un gran paso. Físicos de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz y de la Universidad de Granada han abierto una nueva vía para conocer a fondo ese elemento del universo, al proponer que proviene de una quinta dimensión y que interactúa con la materia visible a través de una partícula nueva que actúa como "puente".

Los astrofísicos proponen que el universo está formado en su mayoría de materia oscura, un tipo de materia que no se puede ver ni registrar. Se infiere su existencia por ciertos efectos gravitacionales, que solo se explican si hay esa materia que nadie ve pero que ejerce su influencia en la mecánica del Cosmos.

THEP, un grupo de investigación asociado a PRISMA+ y encabezado por Matthias Neubert y en el que participa Javier Castellano, junto al investigador Adrián Carmona de la Universidad de Granada, han propuesto ahora en un trabajo publicado el lunes pasado que la materia oscura proviene de una quinta dimensión ("Increíblemente pequeña e invisible para el ojo humano", según se describe en la presentación del trabajo) y que interactúa con la materia visible a través de una partícula nueva, tan pesada que no puede ser producida por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). La existencia de esa partícula que proponen los investigadores solo se fue inferir indirectamente.

"Los físicos teóricos tenemos un marco teórico de referencia, el Modelo Estándar de la física de partículas, que funciona extremadamente bien", explica a 20minutos vía email Adrián Carmona, miembro del Departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada. "Con este modelo podemos explicar como funciona la naturaleza hasta distancias extremadamente pequeñas, de una diez milésima parte de un núcleo atómico".

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Sin embargo, agrega, hay cosas que no pueden explicarse con ese modelo, como de qué está hecha la materia oscura o por qué los distintos constituyentes de la materia, los fermiones [un tipo de partículas elementales], tienen masas tan diferentes.

La quinta dimensión podría ser la 'llave' para localizar materia oscura en el universo

"Lo que nosotros hemos intentado es explicar algunas de estas preguntas gracias a la presencia de una pequeña dimensión espacial adicional, tan pequeña que sólo podemos observarla a través de efectos indirectos", explica. "Estos modelos tienen ya cierto tiempo y pueden explicar alguno de estos problemas pero no suelen tener por ejemplo un buen candidato a materia oscura".

"En nuestro artículo, lo que estudiamos es la posibilidad de que la materia oscura proviene de esta dimensión adicional y se comunica con la materia visible esencialmente a través de una partícula nueva que se encarga además de dar masa a todas aquellos constituyentes de la materia que pueden penetrar en ella", añade. "Hemos visto que efectivamente, es una posibilidad que no puede descartarse con los datos experimentales actuales".

Una hipótesis que, de probarse, tendría grandes implicaciones, advierte. "El hecho de que se descubriera que la materia oscura proviene de una dimensión espacial adicional abriría una gran avenida de investigación con implicaciones muy importantes", señala. "Habría que estudiar en detalle el papel que podría jugar el mediador en la estabilización del tamaño de la dimensión extra o si pudiera haber tenido un papel relevante en la historia cosmológica del universo".

El 'puente' de la materia oscura

Lo interesante, indica Javier Castellano, estudiante de doctorado de PRISMA+, de la Universidad Johannes Gutenberg, es que a través de la hipótesis publicada conecta dos problemas, el de la materia oscura y el de la existencia de una quinta dimensión. La nueva partícula sería un "mediador" entre la materia que vemos y la materia que no vemos, la oscura.

"La partícula propuesta interaccionaría mayormente con fermiones, tanto con aquellos del Modelo Estándar como con los candidatos de materia oscura", señala Castellano. "La principal implicación de ser tan pesada como para ser producida en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es que ésta no puede ser observada directamente en este tipo de experimentos, y por lo tanto sólo podría ser detectada indirectamente, a través del impacto que ésta tendría en el comportamiento o acoplamiento de otras partículas entre si".

Así, esta nueva partícula serviría como puente entre la materia visible y oscura, "y por lo tanto, como mediador para la producción de materia oscura", señalan los investigadores.

"Lo que ha conseguido nuestro trabajo es proporcionar unos cimientos un poco más sólidos a las teorías de dimensiones extras con fermiones, solventando un problema teórico existente, y a su vez proponer un mediador que podría conectar el Modelo Estándar con sectores de materia oscura", señalan.