La idea se basa en la hipótesis de que las partículas y antipartículas tienen cargas gravitacionales de signo opuesto. Como consecuencia, los virtuales pares de partícula-antipartícula en el vacío cuántico forman dipolos gravitacionales (que tienen una carga gravitacional positiva y negativa) los cuales pueden interactuar con la materia bariónica para producir fenómenos que suelen atribuirse a la materia oscura. Aunque el físico del CERN Dragan Slavkov Hajdukovic, quien propuso la idea, demostró matemáticamente que estos dipolos gravitacionales podrían explicar las curvas de rotación observadas de las galaxias sin la materia oscura, en su estudio inicial (ver aquí), señaló que quedaba mucho por hacer.
Ahora con un nuevo análisis, Hajdukovic ha dado otro paso hacia la demostración de la credibilidad de esta idea, mostrándo que la polarización gravitacional del vacío cuántico puede explicar cuatro observaciones cosmológicas, sólo algunas de las cuales se pueden explicar por los modelos de la materia oscura o las teorías de la gravedad modificada(MOND) . En su documento, el cual fue publicado recientemente en Astrophysics and Space Science, se comienza con algunos antecedentes.
"La física contemporánea tiene dos pilares fundamentales: la Relatividad General y el Modelo Estándar de física de partículas", escribe. "La relatividad general es nuestra mejor teoría de la gravitación. El Modelo Estándar es una colección de teorías cuánticas de campos, de acuerdo con el Modelo Estándar, todo en el Universo está hecho de seis quarks y seis leptones (y sus antipartículas), que interactúan a través del intercambio de bosones gauge (fotones para la interacción electromagnética , W y Z para las interacciones débiles y ocho gluones para la interacción fuerte). "
Él explica que estas dos teorías no encajan con algunas observaciones, una de ellas es que el campo gravitacional en el universo parece mucho más fuerte de lo que debería ser de acuerdo a la relatividad general y la cantidad existente de materia bariónica, la cual compone el Modelo Estándar de partículas . Mientras que miles de científicos de todo el mundo están tratando de averiguar si una de las dos teorías piedra angular necesita modificación, la idea de Hajdukovic no requiere la modificación de la gravedad o la invocación de nueva materia. Él lo resume de esta manera:
"En palabras simples, de acuerdo con la Teoría Cuántica de Campos, toda la materia bariónica del universo está inmersa en el vacío cuántico, popularmente hablando, un" mar "de corta vida de pares virtuales de partículas-antipartículas (como el par electrón-positrón con una vida de unos 10-22 segundos, o pares neutrino-antineutrino con una vida útil de aproximadamente 10-15 segundos, lo cual es un record de tiempo de vida en el vacío cuántico). Es difícil creer que el vacío cuántico no interactúe gravitacionalmente con la materia bariónica inmersa en él. A pesar de ello, el vacío cuántico es ignorado en la astrofísica y la cosmología, y no porque no nos damos cuenta de su importancia, sino porque nadie tiene idea de las propiedades gravitacionales que el vacío cuántico tiene. En ausencia de cualquier conocimiento, como punto de partida, hemos conjeturado que las partículas y antipartículas tienen la carga gravitatoria de signo opuesto. Una consecuencia inmediata es la existencia de dípolos gravitacionales , un par virtual es un dipolo gravitacional (de la misma manera como un par virtual electrón-positrón es un dipolo eléctrico), que permite la polarización gravitacional del vacío cuántico. El estudio inicial ha revelado la posibilidad sorprendente de que la polarización gravitacional del vacío cuántico puede producir fenómenos que se suelen atribuir a la materia oscura. "
la imágen muestra un dípolo eléctrico una estructura similar con separación de cargas gravitacionales se presentaría en el vació cuántico formándose dipolos gravitacionales los cuales polarizarían el vacío produciéndo efectos que suelen atribuirse a la presencia de materia oscura según un nuevo estudio.
Dice Hajdukovic que la idea no es una teoría completa aún, y reconoce que está en conflicto con muchas de nuestras ideas humanas básicas.
"Yo diría que es una teoría en la primera etapa", dijo. "Miles de científicos trabajan en el desarrollo de la teoría de la materia oscura fría y las teorías de la gravedad modificada, yo estoy trabajando solo en esta tercera dirección. La participación de los otros científicos en la investigación es crucial, pero sigue siendo incierta. Por un lado, he obtenido unos resultados en notable acuerdo con las mediciones, pero por el otro lado una gran mayoría de los físicos es "alérgico" a la idea de la repulsión gravitacional entre la materia y la antimateria, la experiencia más común de todos los seres humanos es que todo se viene abajo, y no es fácil aceptar la idea de que la antimateria puede "caer hacia arriba".
En este estudio, Hajdukovic se centra en cuatro fenómenos diferentes, todos los cuales han sido establecidos por las observaciones de las galaxias . Ni el modelo de materia oscura fría (CDM), ni la Dinámica Newtoniana Modificada (MOND) - una teoría de la gravedad modificada - pueden explicar todos estos fenómenos , con el CDM teniéndo problemas a pequeña escala y la MOND enfrentándo problemas a grandes escalas.
En primer lugar, los investigadores (ver aquí) han observado que los halos de materia oscura (o un fuerte campo gravitatorio) que rodean a las galaxias tienen una densidad de superficie que es casi constante e independiente de la luminosidad de las galaxias, la masa, el tamaño,la forma, etc A pesar de que el descubrimiento de esta propiedad universal de las galaxias es una sorpresa, la teoría de Hajdukovic predice una densidad de superficie que se encuentra en muy buen acuerdo con el valor de densidad medido de 140 masas solares por pársec cuadrado. La universalidad de la densidad de superficie de los halos de materia oscura puede ser explicada por MOND, pero no por el CDM.
En segundo lugar, las primeras mediciones directas de la distribución de materia oscura en dos galaxias enanas cercanas,Fornax y Escultor, fueron tomadas recientemente por Matt Walker y Jorge Peñarrubia (ver aquí).Sorprendentemente, las mediciones revelaron que (lo que parece ser) la materia oscura está distribuida uniformemente en el centro de unos cientos de parsecs de cada galaxia. A pesar de una distribución la cual es compatible con MOND, ella contradice las predicciones del CDM en el que la materia oscura se encuentra en un halo cúspide.
"En el caso de una galaxia enana esferoidal, las mediciones muestran que hay un halo de materia oscura núcleo en la parte central de la galaxia, mientras que el modelo de materia oscura fría predice un perfil de densidad de masa que se aleja hacia el centro, formando un modo llamado "cúspide", explicó Hajdukovic. "Así que el CDM está en conflicto con las observaciones: hay un núcleo, no un halo cúspide. En el marco de la polarización gravitacional del vacío cuántico, el halo cúspide es imposible, y es una buena señal para mi teoría. "
En tercer lugar, tanto el CDM y el MOND predicen la existencia de un disco de materia oscura hipotético el cual rodea nuestra galaxia, la Vía Láctea, situado en el mismo lugar que el disco galáctico visible, pero más grueso. Cuando los investigadores buscaron un disco de materia oscura, no encontraron evidencia del disco oscuro. Por el contrario, Hajdukovic encontró que cuando la polarización gravitacional del vacío cuántico se tiene en cuenta, no debería haber ningún disco gravitacional.
En cuarto lugar, cuando los científicos observaron dos cúmulos de galaxias (por ejemplo, el Cúmulo Bala) chocándo entre sí, las galaxias dentro de los cúmulos pasan unas a otras sin interactuar, debido a las grandes distancias entre las galaxias. Sin embargo, las nubes de plasma – la cual está formada de materia bariónica - entre las galaxias si interactuó, tanto es así que se ralentizáron unas a otras. En la actualidad, las nubes de plasma se encuentran entre los dos cúmulos de galaxias, mientras que los cúmulos se están moviéndo lejos el uno del otro. Durante esta colisión, la materia oscura y la materia bariónica deben haberse separado, ya que la materia oscura no colisiona. Aunque esta separación es compatible con el CDM, contradice las predicciones de MOND, en la cual(la ilusión) de materia oscura debería estar centrada sobre la materia bariónica. Hajdukovic explica que esta separación debería ser compatible con la polarización gravitacional del vacío cuántico, a pesar de que simulaciones son necesarias para su confirmación.
Aunque la teoría está en las primeras etapas, algunos otros científicos tienen la esperanza de que pueda explicar el universo mejor que las teorías actuales. El físico teórico Massimo Villata del Observatorio de Turín, en Italia está investigando si la repulsión gravitatoria entre la materia y la antimateria puede explicar la expansión del universo sin la energía oscura (ver aquí).
"Confío en que nos encontramos con una explicación del fenómeno de la " materia oscura ", sobre todo ahora que la repulsión gravitatoria entre la materia y la antimateria tiene una base teórica y ya no es una mera suposición, cuestionable", dijo.
El astrofísico Michael Dopita de la Universidad de Australia en Canberra, quien también es editor en jefe de Astrophysics and Space Science, piensa que la idea de Hajdukovic y otros que se han propuesto recientemente parecen prometedoras.
"A diferencia de la modificación Dinámica Newtoniana (MOND) de Milgrom , la distribución de polarización del vacío dependerá de la distribución de la materia, por lo que la aparente aceleración extra hacia el centro de masas puede variar desde un objeto a otro, y en función de la posición dentro del objeto ", dijo. "Esta es una idea que puede ser probada. En definitiva, podemos concluir que lo que se necesita urgentemente es una verdadera teoría cuántica gravitatoria, con una granulación cuántica del espacio-tiempo. "
En el futuro, Hajdukovic planea investigar más a fondo otra de las consecuencias interesantes que surgen de sus ecuaciones. Cuando extendió una ecuación de la descripción del radio de un halo de materia oscura galáctica a el radio de todo el universo observable (unos 14 mil millones de parsecs), la ecuación predice que el contenido actual de la materia oscura del universo entero es alrededor de 1,7 x 1023 masas solares , lo cual es consistente con las estimaciones aceptadas. Sin embargo, la ecuación de Hajdukovic tiene una importante diferencia con la tasa aceptada que relaciona la cantidad de materia oscura a bariónica, la cual se estima actualmente en alrededor de 1:5.
"La cosmología moderna se basa en el supuesto de que la proporción entre la cantidad de materia oscura a la bariónica es una constante, que no cambia con el tiempo", dijo. "Si mi teoría es correcta, esta relación disminuirá con la expansión del universo. La solución de las ecuaciones cosmológicas debe ser diferente, con una parte fija y una proporción variable. Será el tema de una de mis futuras publicaciones. "
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fuente de la información:
http://www.physorg.com/news/2011-11-quantum-vacuum-dark.html
