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Del gravitón al monopolo magnético: las hipotéticas partículas subatómicas que predicen algunas teorías físicas y todavía no hemos encontrado

Del gravitón al monopolo magnético: las hipotéticas partículas subatómicas que predicen algunas teorías físicas y todavía no hemos encontrado

En su momento, el bosón de Higgs era una partícula hipotética. También lo fue el fotón o los bosones W y Z. Todas ellas encajaban en el modelo estándar de la física de partículas. Una teoría que con el paso de los años y las sucesivas mejoras en los aceleradores se ha ido consolidando. Aún así, todavía existen un gran número de partículas subatómicas donde pese a que las teorías predicen su existencia, aún no se han detectado empíricamente.

En este grupo de partículas subatómicas hipotéticas nos encontramos algunas donde existe bastante evidencia y consenso, como el caso del gravitón, hasta otras, como los taquiones, donde únicamente tienen cabida en modelos teóricos con menos apoyo.


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Gravitón

Gravitón

Teorizada desde los años 30, el gravitón es la hipotética partícula que sería la encargada de transmitir la interacción gravitatoria. De manera equivalente a como el fotón es la luz o el electrón es la carga negativa, el gravitón sería la partícula que constituye la transmisión de la gravedad.

La teoría cuántica de campos se considera bastante exitosa para describir el universo y en ella se predice la existencia de este bosón que operaría de forma similar al fotón. Su masa estaría por debajo de los 1,6 x 10-66 g, aunque no se descarta que sea totalmente cero. Al portar tan poca energía, su detección es extremadamente complicada.

Una de las posibilidades que se propone es buscarlos en torno a eventos gravitacionales extremos como las fusiones de agujeros negros.

Taquión

Taquión

El físico Arnold Sommerfeld fue el primero en hablar de ellos a principios del siglo XX, pero no fue hasta 1967 cuando Gerald Feinberg les puso nombre.
Es una de las partículas subatómicas hipotéticas más populares en la ciencia ficción, pues su existencia podría implicar que el principio de causalidad se rompe y los viajes en el tiempo serían una posibilidad.

Nos referimos a un taquión como aquella partícula que sería capaz de moverse más rápido que la luz. Una partícula superlumínica que no podría observarse y que, según la Teoría de la Relatividad de Einstein, tendría una masa y tiempo propio imaginarios.

En la teoría cuántica de campos y en algunas versiones de la teoría de cuerdas se establece su existencia, pues matemáticamente hay elementos para ubicar el encaje de estas partículas. En 2011, un experimento del CERN causó un gran revuelo a detectar que un neutrino tau había viajado a una velocidad mayor que la luz. Sin embargo, revisiones posteriores indicaron que se había tratado de una lectura errónea.

Sleptón y squark

Supersimetría

La supersimetría, también conocida en inglés por las siglas SUSY, es una extensión del Modelo Estándar de Partículas. Por el momento no se ha comprobado experimentalmente la existencia de esta supersimetría, pero sí es una teoría ampliamente utilizada para explicar algunas propiedades de los bosones y fermiones.

Una de las consecuencias de esta supersimetría es la existencia de «super compañeras». De aquí surgirían los sleptones, los correspondientes a los leptones pero con spin 1, y los squarks, las partículas supercompañeras de los distintos quarks, con spin 0. Entre estos grupos de partículas encontramos toda una serie de partículas hipotéticas nuevas.

Durante los años 80 fue una teoría muy popular, pero la falta de evidencias durante la puesta en marcha del Large Hadron Collider en el CERN ha generado muchas dudas.

Chargino, fotino, wino, zino, gravitino, gluino…

Chargino

De confirmarse la supersimetría nos encontraríamos ante un gran número de nuevas partículas subatómicas. A la «super compañera» se le suele denominar con un nombre acabado en «-ino», de ahí que tengamos el chargino para los fermiones cargados eléctricamente, el Higgsino para el correspondiente al Bosón de Higgs, el wino para el del bosón W o el fotino, para el fotón.

También se ubica en esta categoría de partículas hipotéticas el neutralino, considerado como un buen candidato de «partícula masiva débilmente interactuante» (WIMP, por sus siglas en inglés). Un tipo de partículas que podría explicar el origen de la materia oscura.

Odderón

Odderon

Hasta hace unas semanas, el odderón era una partícula hipotética, aunque el LHC del CERN ha confirmado su existencia, 50 años después de su predicción. Se trata de una rara combinación de tres partículas fundamentales.

Simone Giani, portavoz del CERN, explica que el hallazgo «prueba las más profundas ideas de la teoría cuántica de la cromodinámica, sobre todo la que define que los gluones interactúan entre ellos y que un número impar de ellos pueden ser ‘incoloros’ y con ello ocultar sus interacciones».

Axión

Axion

Otro de los candidatos para explicar la materia oscura es el axión. Su existencia fue postulada en 1977 por la teoría de Peccei-Quinn y estaríamos ante una partícula de masa muy pequeña y sin carga eléctrica. Según los teóricos, algunos fotones podrían convertirse temporalmente en axiones. Esto ayudaría a explicar por qué los fotones de alta energía puede evitar ser absorbidos por la radiación de fondo.

Durante las primeras etapas del universo se habrían producido una gran cantidad de estos axiones, pero por el momento estamos lejos de comprobar su existencia. En la Universidad de Washington se encuentra el experimento ADMX que podría detectar si la materia oscura está compuesta por estas hipotéticas partículas.

Camaleón

Chameleon

En el Fermilab, junto a la búsqueda de axiones, también se intentan encontrar indicios de camaleones con el experimento GammeV. Estamos ante una partícula predicha en 2003 por Khoury y Weltman y donde su masa vendría en función de la densidad de energía.

Su existencia ayudaría a explicar la aceleración de la expansión del universo, siendo en este caso una de las partículas candidatas a explicar la energía oscura. Para probar la Teoría del Camaleón se intentó detectarlos en 2010, de manera fallida. Hoy en día se continúan haciendo simulaciones para conocer cómo podrían encajar.

Gravifotón

Según describe la teoría de Kaluza-Klein, una generalización de la relatividad general, el gravifotón sería una partícula análoga al fotón pero resultado del campo gravitacional. Estaríamos ante un «supercompañero» del gravitón. A diferencia de este último, también podría proveer una fuerza repulsiva y por ende una especie de antigravedad.

En 1979, J.Scherk, intentó investigar y modelizar su existencia, pero por el momento se suele englobar al gravifotón como una de las partículas más hipotéticas y sin una base firme sobre la que proseguir su búsqueda.

Bosones X e Y

Boson X

Los bosones X e Y están predichos por el modelo Georgi-Glashow, un intento de teoría de gran unificación. Se trata de análogos a los bosones W y Z y abrirían la posibilidad a nuevos fenómenos como la desintegración protónica. Estos hipotéticos bosones se acoplarían a los quarks y leptones y permitirían la violación de la conservación del número bariónico. Siguiendo esta teoría, se ayudaría a responder por qué hay un exceso de materia con respecto a la antimateria.

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Monopolo magnético

Monopolo

Paul Dirac, padre de la electrodinámica cuántica, no aceptaba la aparente asimetría de las ecuaciones de Maxwell. Debido a esta visión formuló la existencia del monopolo magnético, una hipotética partícula elemental que únicamente contendría un polo magnético y por ende sería el equivalente a la carga magnética.

En los años 70, Gerard ‘t Hooft y Aleksandr Polyakov describieron los monopolos como resultado de las teorías de la gran unificación. De existir, serían partículas extremadamente masivas.

Si bien su existencia no está demostrada, en los últimos años se han logrado distintos experimentos que han analizado monopolos magnéticos. Tanto en el Gran Colisionador de Hadrones con el experimento MoEDAL (‘Monopole and Exotics Detector at the LHC’), en cristales, en el ATLAS, en materia condensada o con el telescopio ANTARES.

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Enrique Pérez

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