En esta imagen se muestra la luz de la radiación de fondo de microondas y el ángulo beta sobre la parte superior derecha. Es de vital importante analizar bien la imagen, de izquierda a derecha, para comprender mejor este impactante descubrimiento y lo que vamos a explicar a continuación.

El estado actual de la clasificación de todas las partículas elementales es explicado por el Modelo Estándar. Este describe las interacciones fundamentales fuertes, débiles y electromagnéticas, utilizando el bosón de gauge como mediador. Las especies de bosones gauge son ocho gluones, W-, W + y bosones Z, y el fotón.

El Modelo Estándar también contiene 24 fermiones fundamentales, qué son los constituyentes de toda la materia.

Utilizando los «datos de polarización del satélite Planck» de la ESA, una misión que ha estudiado la radiación de fondo de microondas, la luz más antigua del Universo, un dúo de astrofísicos ha descubierto indicios intrigantes de una nueva física más allá del Modelo Estándar de partículas y campos elementales.

Paridad

“Se cree que las leyes de la física que gobiernan el Universo no cambian cuando se voltean en un espejo”, dijo el Dr. Yuto Minami, científico de la Organización para la Investigación en Física de Altas Energías con Aceleradores de Japón (KEK), y el Dr. Eiichiro Komatsu, científico del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo y del Instituto Max Planck.

“Por ejemplo, el electromagnetismo funciona igual independientemente de si se encuentra en el sistema original o en un sistema reflejado en el que se han invertido todas las coordenadas espaciales”.

“Si se viola esta simetría, llamada «paridad», puede ser la clave para comprender la naturaleza elusiva de la materia oscura y la energía oscura, que en la actualidad ocupan el 25 y el 70% del presupuesto de energía del Universo, respectivamente”.

“Si bien ambos son oscuros, estos dos componentes tienen efectos opuestos en la evolución del Universo: la materia oscura atrae, mientras que la energía oscura hace que el Universo se expanda cada vez más rápido”.

El descubrimiento

Los investigadores encontraron indicios de una violación de la simetría de paridad en la radiación de fondo de microondas.

“La luz de radiación de fondo de microondas inicialmente se polarizó cuando fue dispersada por electrones 400.000 años después del Big Bang”, dijeron los científicos.

“A medida que esta luz viajó a través del Universo durante 13,8 mil millones de años, su interacción con la materia oscura o la energía oscura podría hacer que el plano de polarización rote en un ángulo β [ángulo beta]”.

“Si la materia oscura o la energía oscura interactúan con la luz de radiación de fondo de microondas de una manera que viola la simetría de paridad, podemos encontrar su firma en los datos de polarización”, dijo el Dr. Minami.

La metodología

Para medir el ángulo de rotación β, el equipo de científicos necesitaba detectores sensibles a la polarización, como los detectores a bordo del satélite Planck, y necesitaba conocer sus ángulos de polarización absolutos.

“Desarrollamos un nuevo método para determinar la rotación artificial utilizando la luz polarizada emitida por el polvo en la Vía Láctea [nuestra galaxia]”, dijo el Dr. Minami.

“Con este método, logramos una precisión que es el doble de la del trabajo anterior, y finalmente podemos medir el ángulo β”.

“La distancia recorrida por la luz del polvo dentro de la Vía Láctea es mucho más corta que la luz de la radiación de fondo de microondas”, dijeron los científicos.

“Esto significa que la emisión del polvo no se ve afectada por la materia oscura o la energía oscura, es decir, el ángulo β solo está presente en la luz de la radiación de fondo de microondas, mientras que la rotación artificial afecta a ambos”.

La diferencia en el ángulo de polarización medido entre ambas fuentes de luz se puede utilizar para medir el ángulo β.

Usando esta nueva metodología científica, los astrofísicos descubrieron que el ángulo β es de 0,35 grados, lo que excluye β = 0 con un nivel de confianza del 99.2%.

Sin embargo, los científicos se mantiene muy cautelosos con sus resultados.

“Está claro que aún no hemos encontrado evidencia definitiva de una nueva física; se necesita una mayor significación estadística para confirmar esta señal”, dijo el Dr. Komatsu.

“Pero estamos entusiasmados porque nuestro nuevo método finalmente nos permitió hacer esta medición ‘imposible’, que puede apuntar a una nueva física”.

Referencia del documento científico:
Yuto Minami & Eiichiro Komatsu. 2020. Nueva extracción de la birrefringencia cósmica de los datos de polarización de Planck 2018. Physical Review Letters 125 (22): 221301; doi: 10.1103/PhysRevLett.125.221301