En los primeros instantes después del Big Bang, el universo experimentó una expansión vertiginosa: la inflación. El espacio se estiró más rápido que la luz, y las fluctuaciones cuánticas del vacío se convirtieron en partículas reales. Así pudo nacer la materia oscura, esa sustancia invisible que mantiene a las galaxias unidas.
Los autores del estudio consideraron una partícula hipotética: el fotón oscuro. Es un análogo del fotón ordinario, pero con una masa diminuta. En modelos donde la inflación altera la geometría del espacio, las propiedades del fotón oscuro dependen del propio desarrollo de la expansión. Los cálculos mostraron que si no se tiene en cuenta esta dependencia, se puede errar en la cantidad de partículas generadas por un factor de cientos.
Los científicos tomaron el modelo de inflación propuesto por Alexei Starobinsky en 1980. En él, la expansión no es impulsada por un campo, sino por correcciones a la curvatura del espacio-tiempo. Para este escenario, integraron honestamente las ecuaciones de creación de partículas desde el inicio de la inflación hasta nuestros días. El resultado es una predicción de masa que puede ser verificada en experimentos de laboratorio que buscan fotones oscuros.
Así, las fluctuaciones cuánticas del vacío, congeladas en los primeros instantes, resultan ser la clave para desentrañar la composición del universo actual. La estrecha ventana de masas no es solo un número, sino una invitación a poner a prueba la teoría directamente.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.29149v1
We present a detailed investigation of scenarios in which dark-photon dark matter is produced from quantum fluctuations during inflation. In particular, we focus on inflationary models that necessarily involve a Weyl transformation, dependent on the inflaton amplitude, in order to move to the Einstein frame. In such models, the kinetic function of the longitudinal mode of the dark photon varies throughout, and even after, the inflationary period. We show that this variation of the kinetic function has a substantial impact on the resulting relic abundance of dark photons. As a representative and phenomenologically important example, we analyze the Starobinsky inflation model, for which we perform an accurate computation of the relic dark-photon abundance. By imposing the relevant observational constraints, we find that, in order to reproduce the observed dark-matter density in the present Universe, the dark-photon mass must lie in the range $$5.6 < m < 7.4\,\mu\mathrm{eV}$$ within the framework considered in this work.
Los fotones oscuros, si existen, podrían mezclarse muy débilmente con la luz ordinaria. Se les busca 'escuchando' una cavidad metálica vacía con radiorreceptores ultraprecisos.