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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja TosarGastón Giribetespectro energético materia oscuradesintegración materia oscura luzdistribución no uniforme luz centrodesintegración densidad materia oscuradependencia emisión densidad al cuadradopartículas choquen probabilidad decaimientodecaimento espontáneo materia oscuradensidad materia oscura fotónespectro energético decaimiento partículareacción segundo orden químicacaimiento materia oscura concentracióncolisiones partículas materia oscuradesintegración intensidad densidad al cuadradoemisión rayos gamma ley densidaddesintegración frente a decaimientodensidad materia oscura oyentesHéctor Socaspartículas AFrancis VillatoroTotanitelescopio espacial FermiNavarro Frank Whiteanti-bottom (B, B barra)bosón W+Juan Carlos GilGiga electronvoltios
Decaimiento de Partículas en Materia oscura
Con
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Héctor Socas explica una alternativa a la desintegración de partículas para explicar un pico en el espectro energético: el decaimiento espontáneo de materia oscura.
…porque para empezar no es un científico, es un científico y por el ven, ¿no? Exacto, los rayos gamma no se ven tampoco ven, y tampoco materia oscura, que nos queda una preposición en la frase; es lo único que ha dicho bien un artículo. El artículo, la Realmente lo interesante es eso: que el espectro tiene un pico que sería parecido a lo que uno esperaría de la desintegración de materia oscura. Hay otra cosa interesante también. Bien, ¿cómo ocurriría la desintegración de materia oscura? Bueno, pues sería la cantidad de luz que nos llega; claro, es que esta es otra, ese fondo no es uniforme, sino hay más, digamos, hacia la dirección del centro y menos alejándonos del centro, ¿no? Eso es compatible con que sea desintegración, porque hay más densidad hacia el centro que hacia el no centro. Pero es que además resulta que si es desintegración, la dependencia de la emisión con la densidad de materia oscura va con la densidad al cuadrado. ¿Por qué? Porque necesitas dos partículas que choquen. Entonces, si solo tienes la mitad de la densidad, se te va a reducir a la cuarta parte porque tienes la mitad de partículas A con la mitad de partículas B para chocar; te quedas con un cuarto de la probabilidad de que choquen, porque hay otra posibilidad que es que no sea desintegración sino que sea decaimiento, que simplemente la partícula. De materia oscura sea inestable y al cabo de un cierto tiempo ella sola, sin chocar con nadie, decaiga y se convierta en un fotón. Esa es la otra posibilidad: decaimiento. Pero el decaimiento no caería con la densidad al cuadrado, sino solo con la densidad. Proporciona la densidad, ¿por qué? En química se llama reacción de segundo orden. Es semejante, cuando choca una especie consigo misma, necesita la concentración al cuadrado. Exacto, es eso mismo, pero creo que no estoy siendo capaz de explicarlo con claridad. Si yo tengo 10 partículas de materia oscura en un sitio y 5 en la otra, donde hay 10 habrá el doble de caimiento que donde hay 5; sin embargo, las colisiones que van a ocurrir van a ser 4 veces más donde hay 10 que donde hay 5, porque las colisiones necesitan que haya dos partículas. Total, que un proceso de desintegración la intensidad iría con la densidad al cuadrado, un proceso de decaimiento la intensidad iría solo con la densidad. Y él hace ajustes y encuentra que la emisión de rayos gamma sigue más fielmente la ley de la densidad al cuadrado que la de la densidad, con lo cual parecería compatible con desintegración más que decaimiento. Algún oyente perspicaz se puede preguntar: vale, pero me estás hablando de densidad de materia oscura. ¿Cómo sabemos la densidad de materia oscura? Ah, no la sabemos. Tenemos modelos matemáticos que se han construido ajustando lo que sale en las simulaciones numéricas. Cuando hacemos simulaciones cosmológicas, vemos que las galaxias quedan rodeadas de…
Significado #2 · Palabras #1
Héctor Socas explica una hipótesis sobre la detección de materia oscura a través del análisis de datos recopilados por el telescopio espacial Fermi durante los últimos 15 años.
Habla: Héctor SocasSignificado #7aniquilación materia oscura fotón gammatelescopio espacial fermi materia oscurahalo galaxia emisión difusa…que hace es analizar; ya tenemos más de 15 años de datos de Fermi, y él coge estos 15 años de datos y lo que intenta es buscar la señal del halo de la galaxia, porque el halo es donde está distribuida la materia oscura, y lo que se trata, habrán visto en el Titular, es de detectar la materia oscura a través de su desintegración; cuando dos partículas de materia oscura chocan una contra la otra, se aniquilarían y emitirían un fotón de rayos gamma y entonces debería haber en todo el halo de la galaxia una emisión difusa de rayos gamma procedentes de esta desintegración. Esto es especulativo, hipotético, pero podría ocurrir; de hecho ya ha habido trabajos anteriores, incluso con Fermi, para intentar detectar este tipo de aniquilación de la materia oscura, hasta ahora no se había encontrado. entonces, ¿cómo lo hace? Pues primero pensemos: el halo de la galaxia, la galaxia todos si tenemos en mente pensamos en esa espiral, pero que es muy plana y está más apultada por el centro tiene el bulge. Nacho Trujillo lo definía como un huevo frito, algo…
Juan Carlos Gil expresa su escepticismo sobre la interpretación de un pico en el espectro de energía como evidencia de materia oscura, argumentando que desconoce la naturaleza de esa posible desintegración.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19desintegración de materia oscura desconocidaescepticismo juan carlos sobre materia oscurapico espectro energía desintegración…entonces eso te produciría una forma con un pico y decayendo hacia energías mayores y menores. Eso es lo que me parece intrigante de este trabajo y que creo que no se ha hablado mucho: el hecho de que el espectro tenga un pico en 20 giga de electrón voltios. Héctor, pero el salto de un pico compatible con una desintegración de algo que no sabemos lo que es. El salto digo, y por tanto esto es la materia oscura: ¿cómo va? Eso es lo que a mí me falla. Yo no sé lo que es y por tanto la Llamo X y como aquel también ha usado X para la incógnita, pues son la misma en la misma equis. Casi, ¿no? Eso me recuerda a las palabras de un profesor que tuve de análisis matemático 2 en la carrera, que fue buenísimo. Bueno, da igual, no viene al caso.…
Héctor Socas explica una alternativa a la desintegración de partículas para explicar un pico en el espectro energético: el decaimiento espontáneo de materia oscura.
Habla: Héctor SocasSignificado #2 · Palabras #1espectro energético materia oscuradesintegración materia oscura luzdistribución no uniforme luz centrodesintegración densidad materia oscuradependencia emisión densidad al cuadradopartículas choquen probabilidad decaimientodecaimento espontáneo materia oscuradensidad materia oscura fotónespectro energético decaimiento partículareacción segundo orden químicacaimiento materia oscura concentracióncolisiones partículas materia oscuradesintegración intensidad densidad al cuadradoemisión rayos gamma ley densidaddesintegración frente a decaimientodensidad materia oscura oyentes…porque para empezar no es un científico, es un científico y por el ven, ¿no? Exacto, los rayos gamma no se ven tampoco ven, y tampoco materia oscura, que nos queda una preposición en la frase; es lo único que ha dicho bien un artículo. El artículo, la Realmente lo interesante es eso: que el espectro tiene un pico que sería parecido a lo que uno esperaría de la desintegración de materia oscura. Hay otra cosa interesante también. Bien, ¿cómo ocurriría la desintegración de materia oscura? Bueno, pues sería la cantidad de luz que nos llega; claro, es que esta es otra, ese fondo no es uniforme, sino hay más, digamos, hacia la dirección del centro y menos alejándonos del centro, ¿no? Eso es compatible con que sea desintegración, porque hay más densidad hacia el centro que hacia el no centro. Pero es que además resulta que si es desintegración, la dependencia de la emisión con la densidad de materia oscura va con la densidad al cuadrado. ¿Por qué? Porque necesitas dos partículas que choquen. Entonces, si solo tienes la mitad de la densidad, se te va a reducir a la cuarta parte porque tienes la mitad de partículas A con la mitad de partículas B para chocar; te quedas con un cuarto de la probabilidad de que choquen, porque hay otra posibilidad que es que no sea desintegración sino que sea decaimiento, que simplemente la partícula. De materia oscura sea inestable y al cabo de un cierto tiempo ella sola, sin chocar con nadie, decaiga y se convierta en un fotón. Esa es la otra posibilidad: decaimiento. Pero el decaimiento no caería con la densidad al cuadrado, sino solo con la densidad. Proporciona la densidad, ¿por qué? En química se llama reacción de segundo orden. Es semejante, cuando choca una especie consigo misma, necesita la concentración al cuadrado. Exacto, es eso mismo, pero creo que no estoy siendo capaz de explicarlo con claridad. Si yo tengo 10 partículas de materia oscura en un sitio y 5 en la otra, donde hay 10 habrá el doble de caimiento que donde hay 5; sin embargo, las colisiones que van a ocurrir van a ser 4 veces más donde hay 10 que donde hay 5, porque las colisiones necesitan que haya dos partículas. Total, que un proceso de desintegración la intensidad iría con la densidad al cuadrado, un proceso de decaimiento la intensidad iría solo con la densidad. Y él hace ajustes y encuentra que la emisión de rayos gamma sigue más fielmente la ley de la densidad al cuadrado que la de la densidad, con lo cual parecería compatible con desintegración más que decaimiento. Algún oyente perspicaz se puede preguntar: vale, pero me estás hablando de densidad de materia oscura. ¿Cómo sabemos la densidad de materia oscura? Ah, no la sabemos. Tenemos modelos matemáticos que se han construido ajustando lo que sale en las simulaciones numéricas. Cuando hacemos simulaciones cosmológicas, vemos que las galaxias quedan rodeadas de…
Héctor Socas explica que las observaciones realizadas son consistentes con un proceso de desintegración de materia oscura en el halo galáctico, aunque no lo demuestran.
Habla: Héctor SocasSignificado #10desintegración materia oscura halo galácticopartícula materia oscura sección eficazcanales de desintegración materia oscuradesintegración materia oscura modelo estándarquark bottom antimateria b barrabosón w- y w masa teraelectrón voltiossección eficaz cosmología centímetros cúbicos segundo…el perfil de Navarro Frank White, o quizás un poquito más ancho, bueno, una de las dos cosas, pero que no encaja exactamente con el perfil de Navarro Frank White, sino que en el centro habría que, no recuerdo si estrecharlo o ensancharlo un poco, pero bueno. Entonces, esto significa que lo que él observa es consistente con un proceso de desintegración de materia oscura en el halo galáctico, pero no lo está demostrando, sino simplemente dice que esto es compatible con eso. Si lo fuera, suponiendo que lo fuera, podrían determinarse algunos parámetros como por ejemplo qué masa tendría la partícula de materia oscura y qué sección eficaz tendría; lo que pasa es que esas determinaciones dependen de cuáles sean los canales de desintegración, en qué se desintegra. entonces no sabemos en qué se desintegra la materia oscura, pero podemos especular; de hecho hay modelos de extensiones del modelo estándar que hablan de posibles canales de desintegración. Uno de los más habituales es el quark bottom y el anti-bottom, el B, B barra. Si ese fuera el canal o si fuera el bosón W- y W+, entonces su masa estaría entre 0,4 y 0,8 teraelectrón voltios. La sección eficaz estaría entre 5 y 9 por 10 a la menos 25 centímetros cúbicos por segundo. Las unidades realmente, aunque digo sección eficaz, no son unidades de sección eficaz, son de sección eficaz por velocidad, que es como se suele dar este número en cosmología. Claro, si se desintegraran otro tipo de partículas, pues entonces la masa sería diferente y las acciones eficaces serían diferentes, ¿no? Entonces no sé si es muy útil esto, pero bueno, son los números, quizás, por tener una idea de en qué orden de magnitud…
Héctor Socas continúa discutiendo las implicaciones de la desintegración de partículas y plantea una alternativa: que la materia oscura decaiga en lugar de desintegrarse, lo cual presenta un desafío debido a la constancia de la cantidad de materia oscura desde el inicio del universo.
Habla: Héctor SocasSignificado #1 · Palabras #8materia oscura decaimiento partículacantidad materia oscura universodesintegración partículas desafío cósmicomateria oscura decaimiento 10 a la 27vida media partícula materia oscurauniverso edad gigaños…sería diferente y las acciones eficaces serían diferentes, ¿no? Entonces no sé si es muy útil esto, pero bueno, son los números, quizás, por tener una idea de en qué orden de magnitud nos moveríamos. Si por el contrario nos empeñamos, aunque el ajuste sea peor, nos empeñamos en que la materia oscura no se desintegra sino que decae, o sea que no es un proceso de colisión de dos partículas sino que una partícula va por el universo y de repente se desintegra, claro, esto tiene el problema que sabemos que la materia oscura no ha cambiado mucho, la cantidad de materia oscura desde el principio del universo, o sea, no puede desintegrarse sola mucho. Entonces uno puede hacer el cálculo de cuál sería el Tiempo de decaimiento de estas partículas y resulta que con esa emisión le sale un tiempo de decaimiento de 10 a la 27 segundos, o sea, que la vida media de la partícula de materia oscura es de 10 a la 27 segundos. Es una barbaridad tan grande que uno no se da cuenta cuando dice 10 a la 27 segundos, pero me hice el ejercicio de pasarlo a gigaños: esto es mil millones de veces la vida del universo. Ahí lo dejo. O sea que en la práctica estas partículas serían prácticamente estables, pero como hay tantas, pues de vez en cuando alguna daría un fotón de rayos gamma. Eso es lo que hacemos también con el protón. El protón se supone que es una partícula estable, pero…
Héctor Socas explica cómo la densidad y temperatura del universo temprano limitan la tasa a la que la materia oscura puede desintegrarse al chocar partículas.
Habla: Héctor SocasSignificado #17 · Palabras #7materia oscura colisión partículaépoca de recombinación materia oscura…obtiene de sección eficaz no encajan con los límites anteriores que se habían establecido. Que hay límites superiores que se determinan de galaxias enanas sobre todo y del fondo reliquia de materia oscura, o sea, el hecho de que al principio del universo la Densidad era mucho mayor y las temperaturas eran mucho mayores, nos pone límite a cuánto se desintegra la materia oscura al chocar una partícula con otra, porque si fuera mucho se habría desintegrado mucha más y no observaríamos la cantidad de materia oscura que observamos ahora. Entonces, la cantidad de materia oscura que observamos y que sabemos que había cuando en la época de recombinación nos pone cota sobre cuánto es la sección eficaz de colisión de las partículas de materia oscura. y claro, los valores que le salen aquí son un factor 10 más alto que esas cotas está por una parte eso y por otra parte lo que sacamos de las galaxias enanas, que aquí lo ha contado Nacho Trujillo alguna vez las galaxias enanas son laboratorios estupendos…
Héctor Socas explica cómo la hipótesis de que el exceso de rayos gamma proviene de la desintegración de partículas de materia oscura asume que estas son partículas Majorana, que son sus propias antipartículas.
Habla: Héctor SocasSignificado #3 · Palabras #12aniquilación partículas materia oscurareliquia materia oscura bariónica…¿estamos contemplando también la materia oscura? ¿Puede haber antimateria oscura? Bueno, yo creo que con lo que hemos discutido aquí, el modelo; no sabemos cómo es la materia oscura, pero aquí estamos, y así lo conecto también con otra pregunta que había. Esta idea de que el exceso de rayos gamma venga de desintegración de partículas de materia oscura asume que son partículas de mayorana, que son su propia antipartícula también En esa situación, cuando yo decía que había cotas, ¿a cuánto sería su sección eficaz por la aniquilación que se hubiera producido al principio del universo? pues sí que se considera y lo que queda como materia oscura actual es la reliquia que igual que pasa con la materia bariónica que no se desintegró al principio del universo. Supuestamente estaría inicialmente en equilibrio termodinámico, habría colisiones frecuentes entre ellas porque era muy denso el universo primigenio y muy caliente, entonces las partículas iban muy rápido y estaban muy cerca unas de otras, entonces chocaban…
Francis Villatoro explica que para observar posibles partículas de materia oscura, estas deben autointeractuar y producir partículas del modelo estándar, como fotones.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4 · Palabras #4partículas materia oscura probablemente bosonesaniquilación partícula-antipartícula abuso del lenguajeaniquilación fermión-antifermión proceso específicoaniquilación materia oscura fotonesinteracciones partículas modelo estándarpartículas sin masa materia oscura…de Dirac para un electrón porque rompen lo que es la naturaleza, lo natural de los fermiones. Los fermiones no pueden ocupar el mismo estado energético, no pueden ocupar la misma región del espacio; fermiones, no es como los bosones. Entonces tú dices, para Que interaccionen dos fermiones, tienen que ocupar el mismo lugar, pero no pueden; no pueden interaccionar. Entonces, lo que esperamos que sean las partículas de materia oscura son básicamente bosones. Entonces, en esos bosones abusamos del lenguaje y hablamos de la aniquilación partícula-antipartícula como si fuera un proceso muy similar al proceso de aniquilación fermión-antifermión, pero es un abuso del lenguaje. Lo que sí tenemos es que para poder observar, una manera de observar las posibles partículas de materia oscura es que haya interacciones que autointeraccionen las partículas de materia oscura consigo mismo y esas interacciones acabarán resultando en la producción de partículas del modelo estándar y lo más natural es producción de fotones o de partículas sin masa, es lo más fácil. Entonces, a ese proceso le llamamos aniquilación, materia oscura, entre comillas, antimateria oscura, pero en la mayor parte de los modelos de materia oscura, en rigor, no hay una antimateria oscura. ¿No me ha quedado claro por qué dices que son bosones las partículas de materia oscura? Es lo más natural, no es obligatorio, pero lo más natural es que se comporten como campos bosónicos. Entonces, en las WIMP, por ejemplo, se asocian a bosones asociados,…
Francis Villatoro advierte sobre el abuso del lenguaje científico al describir interacciones entre partículas de materia oscura y las partículas del modelo estándar.
Habla: Francis VillatoroSignificado #9 · Palabras #16interacciones partículas materia oscura estándaraniquilación partícula antipartícula materia oscuramodelo estándar partículasaniquilaciones materia oscura rayos gammapresión cero materia oscura cosmológicomodelos autointeracción materia oscura…natural, no es obligatorio, pero lo más natural es que se comporten como campos bosónicos. Entonces, en las WIMP, por ejemplo, se asocian a bosones asociados, compañeras supersimétricas de tipo bosón asociados a fermiones, por ejemplo, neutralino, cosas así. Vale Ya te digo, es un tema, abusar de este tipo de lenguajes es muy fácil y yo creo que hay que ser un poquito más cuidadoso porque en cualquier caso, una de las maneras que tenemos de interpretar la realidad es que la naturaleza es buena para nosotros y nos muestra interacciones entre las partículas de materia oscura y las partículas del modelo estándar porque si no hubiera interacciones de ese tipo salvoarbitatorias nunca las podríamos observar y en ese proceso el más natural es la aniquilación entre comillas partícula antipartícula asociada a esas partículas de potenciales de materia oscura porque nos da de manera natural partículas del modelo estándar que podemos observar, pero eso yo digo son vértices que estamos poniendo ahí. Una autointeracción desde el punto de vista cosmológico: la materia oscura la consideramos que no interacciona, es materia de presión cero y bueno, eso significa que su autointeracción es extremadamente pequeña. Y aún siendo extremadamente pequeña permitimos que haya aniquilaciones porque nos gusta que podamos tener ahí señales tipo estos rayos gamma y estas movidas asociadas a materia oscura, pero son cosas difíciles de sostener en muchos modelos. Vale, y ya para terminar, hay una de Cristina Hernández que de hecho ya la preguntó la semana pasada y no nos dio tiempo de responderla, pero estuve buscando un poco algunos datos que me parecen interesantes. Pregunta: en una explosión de supernova B, B…