El CERN se suma a la búsqueda de fotones oscuros

En la búsqueda de partículas de materia oscura, existen dos enfoques principales. La primera es buscar partículas que se desintegren naturalmente a medida que pasan. Esto suele implicar observatorios de neutrinos como IceCube, donde una partícula de materia oscura que choca con un núcleo puede desencadenar un débil estallido de luz. Hasta ahora esto no ha dado ningún resultado. La segunda forma es juntar las partículas en un acelerador de partículas. Este enfoque tampoco ha logrado encontrar partículas de materia oscura, pero ha habido suficientes indicios interesantes para sugerir que el CERN lo está intentando. Su última ronda consiste en buscar lo que se conoce como fotones oscuros.

Los fotones oscuros son parte de algunas generalizaciones del Modelo Estándar de física de partículas. La idea es que si existe materia oscura, debe ser una forma de materia completamente nueva a partir de los quarks y leptones que forman los protones, neutrones y electrones en la materia ordinaria. Si la materia oscura es capaz de interactuar consigo misma, debe contener un bosón portador de fuerza, del mismo modo que los fotones permiten que las cargas interactúen, y la fuerza fuerte contiene gluones para mantener unidos los núcleos. Los hipotéticos portadores de la fuerza de la materia oscura se denominan fotones oscuros.

En el modelo estándar, las fuerzas electromagnéticas y débiles están relacionadas, de modo que los fotones están asociados con la desintegración radiactiva. En el modelo generalizado, los fotones oscuros tienen una conexión similar, por lo que deberían afectar la desintegración de ciertas partículas como los muones. Los fotones oscuros también deberían tener un efecto sobre el momento magnético del muón, sugirió un estudio a principios de este año. Exactamente ese efecto.

Esta última ejecución del Gran Colisionador de Hadrones es la tercera ejecución del experimento Compact Muon Solenoid (CMS). Lanzado en julio de 2022, busca un efecto conocido como muones desplazados. Aquí es donde se ve a los muones provenientes de la región general de colisiones de partículas de alta energía, pero no desde el punto de colisión en sí. Esto puede deberse al hecho de que la colisión inicial generó fotones oscuros que no pudieron ser detectados por el CMS, que luego se descompusieron en muones detectables.

Los datos preliminares de estos eventos no encontraron tales eventos, lo que significa que aún no hay evidencia de la existencia de fotones oscuros. Es posible que futuras observaciones encuentren algo, pero si no, los resultados impondrán más limitaciones a la existencia de fotones oscuros. Este patrón continúa con la materia oscura. La evidencia indirecta de esto es buena, pero todavía falta evidencia directa. Por ahora, lo único que podemos hacer es seguir probando estudios como este y esperar encontrar más pistas para resolver este misterio.

referencia: Tomassian, Armen y col. «Encuentre partículas de larga vida que se desintegran en un par de muones en colisiones protón-protón en sqrt[s] = 13 TeV«. Revista de física de altas energías 2023.5 (2023): 1-58.