Materia oscura: un último esfuerzo por descifrar el mayor secreto del universo | Espacio
Bajo tierra, los científicos se están acercando a uno de los objetivos más esquivos de la ciencia moderna: la materia oscura. En laboratorios subterráneos de Estados Unidos e Italia, han instalado enormes cubetas de xenón líquido y las han revestido con detectores de alta sensibilidad con la esperanza de detectar las colisiones subatómicas que revelan la presencia de este material esquivo.
Sin embargo, los investigadores reconocen que la generación actual de detectores está llegando al límite de su efectividad y advierten que si no detectan materia oscura con tales máquinas, pueden verse obligados a reevaluar por completo su comprensión del cosmos.
«La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de toda la masa del universo, pero hasta ahora no hemos podido detectarla, a pesar de la construcción de detectores cada vez más potentes», dijo el profesor de física Chamkaur Ghag en el University College de Londres. «Ahora nos estamos acercando a los límites de nuestros detectores y si no encuentran materia oscura en los próximos años, es posible que tengamos que aceptar que hay algo mal en la forma en que pensamos sobre el universo y la gravedad».
La búsqueda de materia oscura comenzó en el siglo pasado cuando los astrónomos descubrieron que las galaxias parecían girar demasiado rápido para permanecer estables. Las observaciones indicaron que deben tener masas 10 veces mayores que su contenido visible (estrellas, planetas y nubes de polvo) o se romperían.
El material faltante que genera la gravedad adicional necesaria para mantener unidas las galaxias se denominó «materia oscura». Los astrónomos inicialmente pensaron que podrían ser estrellas demasiado pequeñas o demasiado débiles para ser vistas desde la Tierra o por otros candidatos, como las estrellas de neutrones. Sin embargo, las nuevas generaciones de potentes telescopios han demostrado que estas posibilidades no son viables.
Por lo tanto, los científicos han pasado de un tamaño astronómico a un tamaño increíblemente pequeño para explicar la masa faltante del universo. Un gran número de partículas no detectadas forman halos invisibles alrededor de las galaxias y aumentan sus campos gravitacionales, argumentaron. Estas partículas hipotéticas se denominan partículas débiles, masivas y de interacción débil, y los investigadores han luchado por detectarlas durante dos décadas.
Estos esfuerzos han involucrado la construcción de detectores en las profundidades del subsuelo donde están protegidos de las partículas subatómicas, provocadas por los rayos cósmicos que golpean la atmósfera superior que caen constantemente a la Tierra y activarían flujos de lecturas falsas positivas en sus instrumentos.
«Se esperaba que un debilucho golpeara un núcleo de xenón y el destello de luz resultante sería detectado por un detector y así revelaría la presencia de un debilucho de materia oscura», dijo Ghag. «Sin embargo, a pesar de años de esfuerzo, todavía tenemos que ver un solo destello como este. Necesitamos más sensibilidad».
Ahora, los investigadores están poniendo sus esperanzas en los dos cazadores de debiluchos más sensibles de la historia. Uno, construido bajo las montañas del Gran Sasso en Italia, se conoce como XENONnT. El otro, Lux-Zeplin, se construyó en una antigua mina de oro en Dakota del Sur. Ambos dispositivos estaban llenos de varias toneladas de xenón, mucho más de lo que se ponía en cualquier dispositivo anterior, y eso debería aumentar las posibilidades de que un debilucho golpee un núcleo.
Ghag, miembro del equipo Lux-Zeplin, dijo: “Ambos dispositivos se encuentran actualmente en pruebas operativas y en unos meses se completarán estas pruebas. Podríamos descubrir que detectamos materia oscura durante este tiempo, lo que sería una muy buena noticia. De lo contrario, ambos dispositivos funcionarán de forma continua durante varios años. Esencialmente, cuanto más xenón tenemos en nuestras máquinas y cuanto más tiempo hacemos funcionar nuestros detectores, mayores son nuestras posibilidades de que se produzcan colisiones y de que la materia oscura revele su presencia. «
Sin embargo, ahora se acepta que existe la posibilidad de que esto no suceda y que la materia oscura aún podría ser esquiva. Como lo puso en la revista Mariangela Lisanti, física de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey Ciencia recientemente: «La hipótesis débil será confrontada con su verdadero cálculo una vez que se hayan ejecutado estos detectores de nueva generación».
Si Lux-Zeplin y XENONnT no encuentran a los débiles, los dos equipos de científicos tendrán una última oportunidad de usar la tecnología actual para encontrarlos, uniendo fuerzas para crear un detector ultra ancho definitivo que contendría decenas de toneladas de xenón. , un gas raro y caro de aislar. y que funcionaría durante varios años.
Y si este detector de último recurso no logra encontrar la materia oscura, los científicos estarían perplejos. Hacer sus máquinas aún más sensibles las inundaría con señales desencadenadas por otro tipo de partícula subatómica, el neutrino, que llueve en la Tierra en miles de millones de dólares cada segundo. Deben adoptarse otros enfoques.
“Podría ser que cuando buscamos a los débiles, estemos buscando nuestras llaves debajo de la farola”, agregó Ghag. “La materia oscura podría ser mucho más extraña de lo que hemos asumido hasta ahora. Podría estar formado por pequeños agujeros negros. O podría estar hecho de algo un millón de veces más liviano que un debilucho y será muy difícil detectarlo. Por tanto, tendremos que ser mucho más sofisticados en nuestros intentos de detección. «
Tales esfuerzos para encontrar una forma de materia que apenas pueda interactuar con la materia normal pueden parecer innecesarios. Pero sin la penetrante influencia gravitacional de la materia oscura, las galaxias, las estrellas y los planetas no se habrían mantenido unidos en el universo primitivo, y la vida tal como la conocemos no habría evolucionado. Por lo tanto, los científicos continúan sus esfuerzos para descubrir su verdadera naturaleza.
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