El artículo publicado estudia la creación de monopolos magnéticos (MM) cuánticos en el momento de origen del universo (escala de Planck) y sobre la posibilidad de que estos monopolos magnéticos primordiales, al ser estables y no degradarse con el tiempo, puedan ser al menos una de las fuentes de la materia oscura en el universo. Para realizar este cálculo se utilizó una teoría de super unificación formulada por Bellini junto a los ex-estudiantes de doctorado Luis S. Ridao y Marcos R. A. Arcodía.
“En la escala de Planck, cuando el universo tenía unos 10^{-43} segundos de edad, no existía la materia tal como la conocemos y se cree que las cuatro fuerzas fundamentales (conocidas) de la naturaleza conformaban una sola interacción. Para describir el universo en esa etapa, es necesaria una teoría de super unificación que describa dichas interacciones de manera unificada (fuerza nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravedad). Desde hace 2 o 3 años venimos trabajando en el grupo de Gravitación y Cosmología del IFIMAR sobre este punto específico”, explica Bellini.
El investigador junto con su grupo estudian las denominadas teorías extendidas de Relatividad General. Es decir que desarrollan física teórica tendiente a extender el rango de validez de la teoría de Relatividad General, que desarrolló Albert Einstein en 1915. Esta teoría es útil para describir las interacciones clásicas (sin condimentos cuánticos) gravitatorias, pero debe ser extendida (ampliada o reformulada) para tratar de incorporar los efectos cuánticos de los fenómenos que uno quiere describir. Y allí es donde el aporte de este grupo de investigación brinda su fuerza: “Con suerte una teoría exitosa de este tipo nos permitiría desarrollar una descripción de todas las interacciones conocidas (nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnetismo y gravedad) en una sola descripción unificada. Nos interesa fundamentalmente, estudiar aplicaciones cosmológicas y astrofísicas en condiciones extremas. Las más conocidas son el origen de universo, agujeros negros, agujeros blancos, agujeros de gusano, etc. Nuestro trabajo es completamente teórico matemático, y disfrutamos mucho con ello”, manifiesta Mauricio.
Por todo esto, la importancia del material publicado en el artículo “Quantum magnetic monopoles at the Planck era from unified spinor fields”, ya que plasman allí una fórmula que permitiría la lectura de la posible existencia hoy de la materia oscura que originó el universo. Los MM son explicables a partir de defectos topológicos por lo que no se han degradado durante la posterior evolución del universo. Eso significa que hoy deberían existir. El desafío es que no se los ha detectado aún. Bellini explica que “Hay un grupo de esos monopolos que tiene la particularidad de tener una carga muy pequeña (mucho más pequeña que la de un electrón). Ese tipo de monopolos podría ser detectable en experimentos futuros”.
Dichos experimentos son el ATLAS o MoEDAL, en los que se pretende detectar monopolos magnéticos. Ambos son experimentos vinculados al LHC o conocida como “La máquina de Dios”, el gran colisionador de hadrones. El experimento ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)) busca, entre otras cosas, detectar monopolos magnéticos con cargas mayores a la de un electrón. El MoEDAL (Monopole and Exotics Detector at the LHC) es más específico, y está diseñado especialmente para ello.
En la investigación generada por Bellini se predice que, cuando el universo se originó se formaron gran cantidad de esos monopolos magnéticos cuánticos, con cargas magnéticas muy pequeñas. Ellos podrían constituir el origen de la materia oscura. Y remarca que “En este trabajo calculé que ese tipo de MM conformaría casi el 31 por ciento del total de la energía del universo primordial. Como dichos MM no se degradan con el tiempo, o se degradan muy poco, no emiten radiación y podrían ser la fuente primordial de la materia oscura en el universo que es de alrededor del 25 por ciento del total de la energía en el universo observable. La teoría con la que desarrollé estos cálculos es la que refería al principio y se llama Unified Spinor Fields (campos espinoriales unificados), que es la teoría de unificación que desarrollamos con los Dres. Marcos Arcodía y Santiago Ridao”.
La teoría, Unified Spinor Fields (USF-Campos Espinoriales Unificados), pretende extender la Relatividad General, incorporando los efectos cuánticos, describiendo no sólo la interacción gravitatoria, sino que también puede describir las otras tres interacciones fundamentales actualmente conocidas.
Para Bellini trabajar en esta temática fue un largo proceso que comenzó con su doctorado en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Mar del Plata (UNMdP) donde estudió la evolución del universo temprano (teoría de inflación). Luego de un período de trabajo en México donde se enfocó en las teorías relativistas en 5 dimensiones, y a su regreso a Argentina se dedicó a las teorías con dimensiones extra durante más de una década. “Trabajar en esto me apasiona. Uno siente que va en una montaña rusa y que se puede caer en cualquier momento. Mi objetivo es lograr entender un poco mejor el universo del cual formamos parte”, concluye el investigador.