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Mayo 2016

Tratando de atrapar la materia oscura

Escrito por  Sara Ortiz
Tratando de atrapar la materia oscura

En física, el consenso científico es que la materia oscura existe con una certeza del 100%. Sabemos que interacciona muy poco con la materia ordinaria; por ello, detectarla es extremadamente difícil, pero la estamos buscando con ahínco y tesón.

Mucha gente piensa que la materia oscura es algo muy misterioso y que los físicos no saben nada de nada sobre este tipo de materia. Pero no es cierto, conocemos algunas propiedades de la materia oscura. Sabemos que está formada por partículas que son neutras, no tienen carga eléctrica, y por eso no pueden emitir luz como la materia ordinaria.

La materia oscura fue propuesta inicialmente hace más de setenta años para explicar por qué la fuerza de la gravedad en los cúmulos de galaxias es mucho más fuerte de lo esperado. Si los grupos contuvieran solo las estrellas y el gas que observamos, su gravedad debería ser mucho más débil. Eso llevó a los científicos a suponer que allí existe algún tipo de materia escondida que no podemos ver. Dicha materia oscura proporcionaría masa adicional a estas grandes estructuras, aumentando su fuerza gravitacional.

Las principales candidatas son un tipo de partículas hipotéticas conocidas como «partículas masivas de interacción débil» (WIMP). Si la hipótesis de los WIMP es correcta, las partículas de materia oscura podrían ser detectadas a través de su dispersión de núcleos atómicos o electrones en la Tierra. En estos experimentos de detección «directa», una colisión WIMP provocaría que estas partículas cargadas retrocedieran, generando una luz que podríamos observar.

Uno de los principales experimentos de detección directa en funcionamiento hoy en día es XENON100. El detector se encuentra bajo tierra para reducir la interferencia de los rayos cósmicos, en el laboratorio de Gran Sasso, en Italia. Se compone de un recipiente con 165 kg de xenón líquido, altamente purificado para minimizar la contaminación. El material detector está rodeado por hileras de tubos fotomultiplicadores (PMTs) para capturar la luz de potenciales interacciones con los WIMP. Pero, con gran pesar para muchos, en el informe de 2015, el XENON100 no ha encontrado pruebas de WIMP dispersando electrones.

En el modelo estándar de la mecánica cuántica no existen partículas que no interactúen con la luz y sean lo suficientemente pesadas para ser responsables del 85% de la masa del universo. Así que si la materia oscura estuviera conformada por partículas elementales, ninguna de las que conocemos tendría esas características. Es necesario ir más allá del exitoso modelo estándar.

Una posible partícula es el neutralino. Es una hipotética partícula neutra varias veces más pesada que el protón y que se propuso dentro del modelo de supersimetría. Estas partículas interactuarían muy débilmente con la materia ordinaria y solo lo harían gravitacionalmente. En busca del neutralino, el gran colisionador de hadrones (LHC) se encendió hace poco con el doble de energía que se usó para descubrir el bosón de Higgs. Si se encuentran evidencias de la producción de esta partícula, se extenderían nuestros conocimientos más allá del modelo estándar, y se apoyaría un modelo que permitiría describir el universo en instantes aún más cercanos al big bang: cuando la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte eran una sola fuerza.

Pero, por el contrario, podríamos encontrarnos con cosas que ni siquiera hemos previsto. Quizá, un tipo de partículas totalmente nuevas que tengan sus propias interacciones independientes de las nuestras y que solo interactúen con nosotros por su gravedad. Hasta que no se midan y se confirme su existencia, todas las posibles explicaciones de la materia oscura serán especulaciones, nada para creer con seguridad.

Llevamos buscando la partícula de materia oscura muy poco tiempo (desde 1985 más o menos). Treinta años parece mucho tiempo, pero es muy poco en ciencia. Quizás sea necesario un siglo, pero el tesón de los físicos, el trabajo de miles de personas en pro del conocimiento, acabará dando caza a la partícula.

No perdemos la esperanza de encontrarlas. Os recomiendo leer al físico y optimista Matt Strassler, “Dark Matter: How Could the Large Hadron Collider Discover It?”

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