Buscan materia oscura... a través de la quinta dimensión

El elemento central en el que se basa la nueva teoría retoma la vieja idea de una dimensión «extra» en el espaciotiempo. Una idea que hasta ahora enfrentaba a los científicos con el problema irresoluble de que las predicciones de la teoría no podían ser probadas experimentalmente. En este nuevo trabajo, sin embargo, los investigadores aseguran haber resuelto ese inconveniente. Los resultados del estudio se acaban de publicar en la revista European Physical Journal C.

Ya en la década de 1920, en un intento por unificar la fuerza de la gravedad con la del electromagnetismo, Theodor Kaluza y Oskar Klein especularon sobre la existencia de una dimensión adicional más allá de las conocidas tres dimensiones espaciales más el tiempo, que en física se combinan en un espaciotiempo de 4 dimensiones. Si esa quinta dimensión existe realmente, tendría que ser extremadamente pequeña e imperceptible para el ojo humano.

Más de medio siglo después, en la década de 1990, la idea recibió un nuevo impulso al comprender que la existencia de esa quinta dimensión podría resolver algunas de las cuestiones aún abiertas de la física de partículas. En particular, Yuval Grossman, de la Universidad de Stanford, y Matthias Neubert, entonces profesor de la Universidad de Cornell, mostraron en una publicación muy citada que la incrustación del Modelo Estándar de física de partículas en un espacio-tiempo de cinco dimensiones podría explicar los patrones hasta ahora misteriosos vistos en las masas de las partículas elementales.

Otros veinte años después, el grupo de Matthias Neubert , que ha dirigido la nueva investigación, hizo otro descubrimiento inesperado: halló que las ecuaciones de campo de cinco dimensiones predecían la existencia de una nueva partícula pesada, con propiedades similares a las del conocido bosón de Higgs, pero con una masa mucho mayor. Tan pesada, de hecho, que resulta imposible de producir incluso con el mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo de Energía Nuclear (CERN), instalado cerca de Ginebra.

«Fue una auténtica pesadilla», recuerda Javier Castellano Ruiz , coautor del nuevo estudio. «Nos entusiasmó la idea de que nuestra teoría pudiera predecir una nueva partícula, pero parecía imposible poder confirmar esa predicción en cualquier experimento imaginable».

Y aquí es, precisamente, donde la quinta dimensión entra en juego. En su estudio, en efecto, los investigadores encontraron una espectacular solución al problema al descubrir que esa nueva partícula tendría que ser, por fuerza, la mediadora de una nueva fuerza, desconocida hasta ahora, entre las partículas elementales conocidas (las que componen el Universo visible) y la misteriosa materia oscura, ese otro tipo de materia que sabemos que está ahí pero que nadie ha conseguido aún detectar directamente. La nueva teoría podría incluso llegar a explicar, según los investigadores, la abundancia de materia oscura en el Universo.

En otras palabras, la teoría ofrece una forma totalmente nueva de averiguar cuáles son los componentes de la materia oscura a base de desviarse, literalmente, a través de esa dimensión extra, así como de obtener pistas sobre una etapa muy temprana de la historia del Universo, cuando la materia oscura se fabricó.

«Después de años de buscar posibles confirmaciones de nuestras predicciones teóricas -dice Matthias Neubert -, ahora estamos seguros de que el mecanismo que hemos descubierto hará que la materia oscura sea accesible para los próximos experimentos, porque las propiedades de la nueva interacción entre la materia ordinaria y la materia oscura, mediada por nuestra partícula propuesta, se puede calcular con precisión dentro de nuestra teoría. Al final, o eso es lo que esperamos, la nueva partícula podría ser descubierta a través de sus interacciones con el sector oscuro del Universo».