Si existe una quinta fuerza, las misiones de asteroides podrían ayudar a encontrarla

Más allá de la física que sabemos que existen, acechan muchas posibilidades que aún no se han demostrado, incluida una quinta fuerza que se suma a la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Nuestro fracaso en confirmar su existencia sugiere que cualquier quinta fuerza probablemente sea bastante débil, pero aún podría explicar algunos aspectos desconcertantes del universo. Es probable que necesitemos mediciones muy precisas para encontrarlo, y las misiones a asteroides cercanos pueden proporcionarlas.

En nuestros datos siguen apareciendo indicios de una quinta fuerza, aunque algunos estudios también han concluido que no hay evidencia real de que exista. Aunque los teóricos han presentado algunas propuestas, no hay consenso sobre la naturaleza de una quinta fuerza, lo que hace que sea particularmente difícil encontrarla. Sin embargo, si encontramos un objeto que se comporta de una manera que no se puede explicar con las cuatro fuerzas existentes, representará una pista importante.

«Las anomalías en las trayectorias de los objetos a través del cielo a menudo han llevado al descubrimiento de nuevas leyes físicas o cuerpos celestes», escriben el Dr. Yu-Dai Tsai del Laboratorio Nacional de Los Álamos y sus coautores en un artículo sobre el tema. “El planeta Neptuno fue inferido basándose en las irregularidades de la órbita de Urano según la teoría de Newton, y la Relatividad General fue confirmada por primera vez con su predicción de la precesión anómala de Mercurio”.

De vez en cuando surgen afirmaciones de anomalías en las órbitas de los planetas, pero generalmente se demuestra que son errores o el resultado de la atracción gravitacional de un objeto que no habíamos tenido en cuenta. Las trayectorias de los asteroides pueden tener factores de complicación adicionales que son demasiado menores para considerarlos o inexistentes para los planetas. Estos incluyen interrupciones por impactos y la presión que la luz solar aplica a la superficie.

Por lo tanto, si la órbita de un asteroide no es exactamente como anticipamos, podría haber otras explicaciones además de una fuerza previamente desconocida. Sin embargo, si podemos descartar suficientes otras explicaciones, puede que valga la pena considerar fuerzas adicionales.

Hasta hace poco no habíamos seguido las órbitas de los asteroides lo suficientemente bien como para notar algo tan sutil, pero eso está cambiando. Actualmente se siguen mucho más de cerca los asteroides que cruzan la órbita de la Tierra, en particular aquellos a los que hemos enviado misiones, como Bennu y el sistema Didymos/Dimorphos.

«Interpretar los datos que vemos al rastrear a Bennu tiene el potencial de aumentar nuestra comprensión de los fundamentos teóricos del universo, renovando potencialmente nuestra comprensión del Modelo Estándar de la física, la gravedad y la materia oscura», dijo Tsai en un comunicado.

Utilizando datos de la misión OSIRIS-REx y mediciones terrestres, Tsai y sus colegas buscaron anomalías en la órbita de Bennu.

Según lo que está disponible, los autores informan: «No hay evidencia en los datos de la presencia de una quinta fuerza que afecte el movimiento de Bennu». Sin embargo, no dan por terminado el proyecto. Por muy precisos que sean los datos, todavía contienen algunas incertidumbres, que fijan un límite a la posible fuerza de tal fuerza a esta escala.

Cuando Apophis haga su acercamiento a la Tierra en 2029, El equipo planea utilizar mediciones excepcionalmente precisas que se realizarán para buscar desviaciones de las expectativas. Esperan que esto reduzca aún más el abanico de posibilidades para una quinta fuerza.

Las fuerzas conocidas tienen partículas subatómicas que las transportan. La fuerza fuerte, aunque inmensamente más poderosa que las demás a pequeña escala, no llega muy lejos del núcleo porque los gluones que la transportan no pueden viajar muy lejos. Las extensiones del modelo estándar de física de partículas proponen un bosón ultraligero que transportaría la quinta fuerza. Para que fuera detectable en las órbitas de los asteroides, esta fuerza tendría que ser de largo alcance, como la gravedad, de modo que los portadores no pudieran verse limitados como los gluones. Sin embargo, gran parte de la evidencia que nos hace pensar que existe tal fuerza opera en una escala de galaxias aún mayor, por lo que probablemente esto no sea un problema.

Los bosones ultraligeros portadores de la quinta fuerza son candidatos a formar materia oscura. Sin embargo, se han propuesto muchos otros tipos de materia oscura y, si se esconden dentro del Sistema Solar, podrían producir diferentes cambios en los órbitas de los asteroides. Los autores también consideran la posibilidad de que los llamados fotones oscuros u otras partículas exóticas puedan tener algún efecto.

El estudio se publica en acceso abierto en Communications Physics.