Un experimento intenta detectar “camaleones” de energía oscura

Desde el descubrimiento de la energía oscura a finales del pasado siglo, han sido numerosos los intentos de detectarla, tantos como las distintas teorías sobre la naturaleza de esa fuerza desconocida que incremeta el ratio de expansión del universo y supone el 68,3% de la energía de esta realidad.

Algunos investigadores, postularon que esta estaría integrada en el mismo tejido del universo, que sería una constante cosmológica predicha incluso antes de saber de la existencia de la materia y la energía oscuras (en una parte de la Teoría de la Relatividad que Einstein desechó tras plantearla). Otros propusieron la quintaesencia, representada por un conjunto de partículas hipotéticas que podrían (una o varias) ser esa anhelada energía oscura: es el caso, por ejemplo, de partículas derivadas del Bosón de Higgs.

En esa búsqueda se enmarca la aparición de los llamados “camaleones ”. El nombre era bastante representativo de las propiedades sorprendentes de estas partículas: en el vacío del espacio, los camaleones tendrían una pequeña masa y extenderían su fuerza grandes distancias (lo que permitiría empujar el universo y alcanzar ese incremento que muestran los datos); en condiciones de laboratorio, sin embargo, rodeadas de materia, aumentan su masa en la misma medida en que reducen su fuerza.

Descartando posibilidades

Obviamente, esas características hacen que detectar camaleones en el laboratorio sea una tarea poco menos que imposible. Por ello, el equipo de investigación de Holger Müller, profesor adjunto de Física en la Universidad de California en Berkeley, ha decidido tomar el camino contrario: en lugar de buscar las partículas directamente, descartan poco a poco sus posibilidades de existencia.

Para ello, él y su colega Paul Hamilton decidieron usar los equipos que en la misma universidad utilizaban en la búsqueda de anomalías gravitacionales que chocaran con la Teoría de la Relatividad General de Einstein. La mayoría de interferómetros de átomos medían escalas demasiado grandes como para tener en cuenta las fuerzas de los camaleones, por lo que el primer paso fue reconvertir uno de los aparatos menores para el nuevo experimento.

Hecho eso, la búsqueda descartó medir un campo entre dos grandes masas, pues sus propiedades anularían la fuerza de los camaleones, “cuyo campo solo se une a las capas más externas de un objeto, y no a las internas”, explica Müller. Las variaciones se medirían mediante láser en las interacciones entre átomos de cesio en caída libre sobre un cuerpo (una esfera de aluminio de una pulgada de diámetro) durante un intervalo de 10 a 20 milisegundos.

Finalizado el experimento, los datos no detectaron ninguna fuerza aparte de la propia gravedad de la Tierra. Con ello no se han detectado camaleones, pero sí se ha eliminado un enorme abanico de posibilidades para su existencia: el de las fuerzas inducidas por estas partículas en una escala un millón de veces más débil que la de la gravedad.

El siguiente paso ya se está llevando a cabo. Son, en palabras de Justin Khoury, uno de los autores que postularon en 2004 la existencia de los camaleones, “los experimentos en áreas donde los camaleones interactúan en la misma escala que la gravedad, que es donde tienen mayores posibilidades de existir”.

Para lograr esta meta a cabo, Müller y su equipo están ampliando sus experimentos en los laboratorios de la Universidad de California en Berkeley. Mientras, se están desarrollando pruebas con el mismo objetivo en el Laboratorio Nacional de Fermi en Illinois (EE.UU.), y en el CERN de Ginebra (Suiza).

Nuevos caminos

El resultado final más deseable es, por supuesto, el descubrimiento y la observación de los camaleones. Con todo, los científicos no se hacen ilusiones al respecto, pues saben lo complicado que esto resulta; sin embargo, aunque fracasaran en esa búsqueda, el camino les permitirá acotar la búsqueda de otros campos ocultos de energía oscura, de partículas como los simetrones, o de formas f(R) de gravedad modificada.

En el caso de los primeros, los simetrones, nos encontramos ante una propuesta que se relaciona con la misma teoría de campos escalares que plantea la quintaesencia como una respuesta a la búsqueda de materia oscura. La gravedad modificada según la teoría f(R), por su parte, plantea una hipótesis en que una función matemática provocaría cambios en la Teoría de la Relatividad General tanto a pequeña como a gran escala, y que según un procedimiento impediría que los cambios a escala cosmológica fueran percibidos en determinadas regiones de observación.

La búsqueda de los camaleones puede abrir las posibilidades a estas y otras teorías sobre la energía oscura. “En el peor de los casos”, recuerda Müller, “aprenderemos más sobre lo que no es la energía oscura. Con suerte, eso nos dara una mejor idea sobre lo que sí es. Y algún día, alguien tendrá suerte y la descubrirá”.

Referencia bibliográfica:

P. Hamilton, M. Jaffe, P. Haslinger, Q. Simmons, H. Muller, J. Khoury. Atom-interferometry constraints on dark energy. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aaa8883