Científicos logran observan la partícula ‘demonio’ ¿de qué se trata este inquietante hallazgo?

Físicos de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han logrado la primera observación en un material exótico de una partícula apodada ‘demonio’ cuando fue teorizada hace 67 años.

En 1956, el físico teórico David Pines predijo que los electrones en un sólido pueden hacer algo extraño. Si bien normalmente tienen una masa y una carga eléctrica, Pines afirmó que pueden combinarse para formar una partícula compuesta sin masa, neutra y que no interactúa con la luz.

Llamó a esta partícula demon (demonio en inglés). Desde entonces, se ha especulado que juega un papel importante en el comportamiento de una amplia variedad de metales. Desafortunadamente, las mismas propiedades que lo hacen interesante le han permitido eludir la detección desde su predicción.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por Peter Abbamonte, profesor de física en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, finalmente encontró al demonio de Pines 67 años después de ser teorizado. Como informan los investigadores en la revista Nature, utilizaron una técnica experimental no estándar que excita directamente los modos electrónicos de un material, lo que les permite ver la firma del demonio en el rutenato de estroncio metálico.

“Los demonios se han conjeturado teóricamente durante mucho tiempo, pero los experimentadores nunca los estudiaron”, dijo Abbamonte en un comunicado. “De hecho, ni siquiera lo estábamos buscando. Pero resultó que estábamos haciendo exactamente lo correcto, y lo encontramos”.

Uno de los descubrimientos más importantes de la física de la materia condensada es que los electrones pierden su individualidad en los sólidos. Las interacciones eléctricas hacen que los electrones se combinen para formar unidades colectivas. Con suficiente energía, los electrones pueden incluso formar partículas compuestas llamadas plasmones con una nueva carga y masa determinadas por las interacciones eléctricas subyacentes. Sin embargo, la masa suele ser tan grande que los plasmones no pueden formarse con las energías disponibles a temperatura ambiente.

Pines encontró una excepción. Si un sólido tiene electrones en más de una banda de energía, como muchos metales, argumentó que sus respectivos plasmones pueden combinarse en un patrón fuera de fase para formar un nuevo plasmón sin masa y neutro: un demonio. Dado que los demonios no tienen masa, pueden formarse con cualquier energía, por lo que pueden existir a todas las temperaturas.

Esto ha llevado a especular que tienen efectos importantes en el comportamiento de los metales multibanda.

La neutralidad de los demonios significa que no dejan una firma en los experimentos estándar de materia condensada. “La gran mayoría de los experimentos se realizan con luz y miden las propiedades ópticas, pero ser eléctricamente neutro significa que los demonios no interactúan con la luz”, dijo Abbamonte. “Se necesitaba un tipo de experimento completamente diferente”.

Ondas gravitacionales pueden revelar la naturaleza de la materia oscura

Observar las ondas gravitacionales de los agujeros negros que se fusionan puede revelar nuevos conocimientos sobre la materia oscura, sugiere un estudio liderado por el University College de Londres.

La investigación, publicada en la revista Physical Review D, utilizó simulaciones por computadora para estudiar la producción de señales de ondas gravitacionales en universos simulados con diferentes tipos de materia oscura.

Sus hallazgos muestran que contar la cantidad de eventos de fusión de agujeros negros detectados por la próxima generación de observatorios podría decirnos si la materia oscura interactúa o no con otras partículas y, por lo tanto, ayudar a precisar de qué está hecha.

Los cosmólogos generalmente consideran la materia oscura como una de las piezas más grandes que faltan en nuestra comprensión del cosmos. A pesar de la fuerte evidencia de que la materia oscura constituye el 85% de toda la materia del universo, actualmente no hay consenso sobre su naturaleza subyacente. Esto incluye preguntas como si las partículas de materia oscura pueden colisionar con otras partículas, como átomos o neutrinos, o si pasan directamente a través de ellas sin verse afectadas.

Una forma de probar esto es observar cómo se forman las galaxias en densas nubes de materia oscura llamadas halos. Si la materia oscura choca con los neutrinos, la estructura de la materia oscura se dispersa, dando como resultado que se formen menos galaxias.

El problema con este método es que las galaxias que desaparecen son muy pequeñas y están muy distantes de nosotros, por lo que es difícil ver si están allí o no, incluso con los mejores telescopios disponibles.

En lugar de apuntar directamente a las galaxias que faltan, los autores de este estudio proponen usar ondas gravitacionales como una medida indirecta de su abundancia. Sus simulaciones muestran que en modelos donde la materia oscura choca con otras partículas, hay significativamente menos fusiones de agujeros negros en el universo distante.

Si bien este efecto es demasiado pequeño para ser visto por los experimentos de ondas gravitacionales actuales, será un objetivo principal para la próxima generación de observatorios que se están planificando actualmente.

Los autores esperan que sus métodos ayuden a estimular nuevas ideas para usar datos de ondas gravitacionales para explorar la estructura a gran escala del universo y arrojar una nueva luz sobre la naturaleza misteriosa de la materia oscura.

Con información de Europa Press