Utilizando datos de la misión Planck de la ESA de la radiación cósmica de fondo de microondas, un equipo internacional de investigadores ha observado un indicio de nueva física.
El equipo desarrolló un nuevo método para medir el ángulo de polarización de la luz antigua del Universo calibrándolo con la emisión de polvo de nuestra propia Vía Láctea. Si bien la señal no se detecta con suficiente precisión para sacar conclusiones definitivas, puede sugerir que la materia oscura o la energía oscura provocan una violación de la llamada "simetría de paridad".
Se cree que las leyes de la física que gobiernan el universo no cambian cuando se dan la vuelta en un espejo. Por ejemplo, el electromagnetismo funciona igual independientemente de si se encuentra en el sistema original o en un sistema reflejado en el que se han invertido todas las coordenadas espaciales.
Si se viola esta simetría, llamada "paridad", puede ser la clave para comprender la naturaleza elusiva de la materia oscura y la energía oscura, que ocupan el 25 y el 70 por ciento del presupuesto energético del universo actual, respectivamente. Si bien ambos son oscuros, estos dos componentes tienen efectos opuestos en la evolución del universo: la materia oscura atrae, mientras que la energía oscura hace que el universo se expanda cada vez más rápido.
El nuevo estudio, que incluye a investigadores del Instituto de Estudios Nucleares y de Partículas (IPNS) de la Organización de Investigación del Acelerador de Alta Energía (KEK), el Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU) de la Universidad de Tokio, y el Instituto Max Planck de Astrofísica (MPA), informa sobre una sugerente señal de nueva física, con un nivel de confianza del 99,2 por ciento, que viola la simetría de paridad.
Sus hallazgos fueron publicados en la revista 'Physical Review Letters' el 23 de noviembre.
La pista de una violación de la simetría de paridad se encontró en la radiación cósmica de fondo de microondas, la luz remanente del Big Bang. La clave es la luz polarizada del fondo cósmico de microondas. La luz es una onda electromagnética que se propaga. Cuando consiste en ondas que oscilan en una dirección preferida, los físicos lo llaman "polarizado". La polarización surge cuando la luz se dispersa.
La luz del sol, por ejemplo, consta de ondas con todas las posibles direcciones de oscilación; por lo tanto, no está polarizado. La luz de un arco iris, mientras tanto, está polarizada porque la luz solar es dispersada por gotas de agua en la atmósfera. De manera similar, la luz del fondo cósmico de microondas inicialmente se polarizó cuando fue dispersada por electrones 400.000 años después del Big Bang. A medida que esta luz viajó a través del universo durante 13.800 millones de años, la interacción del fondo cósmico de microondas con la materia oscura o la energía oscura podría hacer que el plano de polarización rote en un ángulo beta, como se muestra en la imagen.
"Si la materia oscura o la energía oscura interactúan con la luz del fondo cósmico de microondas de una manera que viola la simetría de paridad, podemos encontrar su firma en los datos de polarización", señala en un comunicado Yuto Minami, becario postdoctoral en IPNS, KEK.
Para medir el ángulo de rotación beta, los científicos necesitaban detectores sensibles a la polarización, como los que se encuentran a bordo del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA). Y necesitaban saber cómo se orientan los detectores sensibles a la polarización en relación con el cielo. Si esta información no se conociera con suficiente precisión, el plano de polarización medido parecería girar artificialmente, creando una señal falsa. En el pasado, las incertidumbres sobre la rotación artificial introducidas por los propios detectores limitaban la precisión de la medición del ángulo de polarización cósmica beta.
"Desarrollamos un nuevo método para determinar la rotación artificial utilizando la luz polarizada emitida por el polvo en nuestra Vía Láctea", dijo Minami. "Con este método, hemos logrado una precisión que es el doble de la del trabajo anterior, y finalmente podemos medir beta". La distancia recorrida por la luz del polvo dentro de la Vía Láctea es mucho más corta que la del fondo cósmico de microondas. Esto significa que la emisión de polvo no se ve afectada por la materia oscura o la energía oscura, es decir, beta está presente solo a la luz del fondo cósmico de microondas, mientras que la rotación artificial afecta a ambos. Por tanto, la diferencia en el ángulo de polarización medido entre ambas fuentes de luz se puede utilizar para medir beta.
El equipo de investigación aplicó el nuevo método para medir beta a partir de los datos de polarización tomados por el satélite Planck. Encontraron un indicio de violación de la simetría de paridad con un nivel de confianza del 99,2 por ciento. Para reclamar un descubrimiento de nueva física, se requiere una significación estadística mucho mayor, o un nivel de confianza del 99,99995 por ciento.
Eiichiro Komatsu, director de MPA e investigador principal de Kavli IPMU, dijo: "Está claro que aún no hemos encontrado evidencia definitiva de nueva física; se necesita una mayor significación estadística para confirmar esta señal. Pero estamos entusiasmados porque nuestro el nuevo método finalmente nos permitió hacer esta medida 'imposible'".
