Redacción

Desde la década de 1980, la comunidad científica ha estado realizando experimentos en busca de las partículas que componen la materia oscura, una sustancia invisible que impregna nuestra galaxia y el universo. Esta sustancia, que constituye más del 80% de la materia de nuestro universo, ha demostrado repetidamente que influye en la materia ordinaria a través de su gravedad. Los científicos saben que existe pero desconocen qué es.

Unos investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en Estados Unidos, bajo la dirección de Kathryn Zurek, decidieron replantearse por completo la identidad de la materia oscura, y buscar nuevas ideas acerca de su naturaleza. Han estado investigando la posibilidad de que la materia oscura esté compuesta por partículas de “sector oculto”, que son más livianas que las partículas propuestas anteriormente, y que podrían, en teoría, ser encontradas usando pequeños dispositivos subterráneos. Esto contrasta con las ideas que tienen otros científicos, los cuales están buscando candidatos a materia oscura más pesados llamados WIMPs (partículas masivas débilmente interactivas) usando experimentos a gran escala como el XENÓN, que está instalado en un gigantesco tanque subterráneo de agua en Italia.

“La materia oscura siempre está fluyendo a través de nosotros, incluso en esta habitación” explica Zurek, quien propuso por primera vez las partículas de sector oculto hace más de una década. “A medida que nos movemos alrededor del centro de la galaxia, este viento constante de materia oscura pasa casi desapercibido. Pero aún podemos aprovechar esa fuente de materia oscura, y diseñar nuevas formas de buscar interacciones raras entre el viento de materia oscura y el detector”.

Zurek, Zhengkang (Kevin) Zhang y sus colegas esbozan en su estudio cómo las partículas de materia oscura de menor peso pueden ser detectadas a través de un tipo de cuasipartícula conocida como magnón. Una cuasipartícula es un fenómeno que se produce cuando un sólido se comporta como si contuviera partículas que interactúan débilmente. Los magnones son un tipo de cuasipartícula en la que los espines de los electrones, que actúan como pequeños imanes, son excitados colectivamente. El experimento “de mesa” ideado por los investigadores se utilizaría un material cristalizado magnéticamente para buscar signos de magnones excitados generados por la materia oscura.

Esta imagen compuesta del Telescopio Espacial Hubble muestra un fantasmagórico “anillo” de materia oscura en un cúmulo de galaxias. (Foto: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Johns Hopkins University)

Si las partículas de materia oscura son más livianas que el protón, se hace muy difícil detectar su señal por medios convencionales, tal como advierte Zhang. Pero, de acuerdo con muchos modelos, las partículas de materia oscura pueden acoplarse a los espines de los electrones, de tal manera que una vez que golpean el material, inducirán excitaciones de espín, o magnones. “Si reducimos el ruido de fondo enfriando el equipamiento y situándolo bajo tierra, podríamos esperar detectar magnones generados únicamente por la materia oscura y no por la materia ordinaria”.

Tal experimento es solo teórico por ahora, pero puede finalmente tener lugar usando pequeños dispositivos alojados a suficiente profundidad bajo tierra, donde las influencias externas de otras partículas, como las de los rayos cósmicos, pueden ser minimizadas.

Una señal reveladora de la detección de materia oscura en los experimentos del tipo propuesto serían cambios en la señal que dependiesen de la hora del día. La razón para ello es que los cristales magnéticos que se utilizarían para detectar la materia oscura pueden ser anisótropos, lo que significa que, de modo natural, los átomos están dispuestos de tal manera que tienden a interactuar con la materia oscura con mayor fuerza cuando esta llega desde ciertas direcciones.

“A medida que la Tierra se mueve a través del halo de materia oscura galáctica, siente el viento de materia oscura soplando desde la dirección hacia la que se mueve el planeta. Un detector fijado en un determinado lugar de la Tierra gira con el planeta, de modo que el viento de materia oscura lo golpea desde diferentes direcciones en diferentes momentos del día, digamos, a veces desde arriba, a veces desde un lado”, explica Zhang.