En la búsqueda de esquivas partículas, los físicos dan palos de ciego

De la oscuridad a la luz: Tubos fotomultiplicadores usados en el experimento Xenon10 para amplificar la tenue luz producida cuando las partículas – tal vez los candidatos a la materia oscura – impactan en un tanque de líquido de xenón. Crédito: Proyecto XENON de Materia Oscura.

Los experimentadores se unen en la búsqueda de una invisible e hipotética partícula.

A principios de este mes, investigadores italianos afirmaban que, si se toma un valor nominal, lograrían un lugar en la historia científica. La colaboración DAMA (DArk MAtter – Materia Oscura), con sede en la Universidad de Roma, anunció en una reunión científica en Venecia que habían detectado directamente la materia oscura — la invisible y casi indetectable materia que se cree que añade peso a las galaxias.

Aunque otros investigadores en este campo tienen poca confianza en el informe, el cual entra en conflicto con sus propios resultados experimentales, destaca el progreso y los retos de la búsqueda de una presa esquiva que puede no existir en la realidad. Los esfuerzos de los cazadores de la materia oscura son muy similares a la propia enigmática materia: se pasan fácilmente por alto, pero ejercen un efecto lento y estable.

Los físicos saben que algo ha transmitido a las galaxias más giro del que deberían tener si estuviesen compuestas sólo por materia común “bariónica”, la materia visible de las estrellas y planetas. Para explicar la discrepancia, la mayoría miran a una hipotética ventisca de materia no bariónica, ni absorbe ni emite luz, que gira alrededor de cada galaxia. Las medidas astronómicas implican que esta materia oscura forma el 23% del universo, comparado con el miserable 4 por ciento de la materia visible.

Un candidato principal para la materia oscura es la conocida como partícula masiva de interacción débil (WIMP), debido a que pesaría más que un átomo de oro y sólo colisionaría muy extrañamente con la materia común. Si los WIMPs existen, unos pocos de ellos pasarían a través de una botella de Coca-Cola de 1 litro cada segundo, dice el buscador de materia oscura Tom Shutt, físico de la Universidad de Case Western Reserve en Cleveland.

El modelo estándar de la física de partículas no contiene nada como eso, por lo que descubrir los WIMPs apuntaría a los investigadores hacia una teoría más profunda. Buscar WIMPs es “dar palos de ciego, pero es un palo de ciego bien motivado”, dice Shutt.

Para asegurarse de atrapar a los WIMP — para crear un iglú en la ventisca de materia oscura, de hecho — los investigadores tendrían que erigir un sólido bloque de plomo que se extendiera desde la Tierra a la estrella más cercana, dice Shutt. Una solución más práctica, dice, es apilar unos cristales especiales o construir un tanque gigantes de líquido denso y esperar a que un WIMP impacte.

En la Búsqueda Criogénica de Materia Oscura (CDMS), por ejemplo, los cristales de germanio y silicio actúan como gelatina; cuando impacta el tipo adecuado de partículas, tiemblan de una forma detectable, dice el físico Jodi Cooley de la Universidad de Stanford, miembro del equipo de CDMS. Otros detectores usaron gases licuados como el xenón por su mayor densidad y núcleos de mayor tamaño. Ahora finalizado, el experimento Xenon10, albergado bajo tierra en el Laboratorio Nacional Gran Sasso de Italia, monitorizó un tanque de 22 kilogramos de xenón líquido buscando puntos de luz y cargas eléctricas sueltas por los impactos de los WIMPs. Una mejora conocida como LUX (Gran detector subterráneo de xenón) está en proceso.

Normalmente, los investigadores entierran sus experimentos de WIMP profundamente, los congelan a temperaturas ultrafrías, y los escudan pesadamente para bloquearlos de las partículas perdidas que podrían oscurecer cualquier señal de materia oscura. El experimento CDMSII está situado en el fondo de una mina abandonada en Soudan, Minnesotta, y el experimento DAMA/LIBRA reside en el laboratorio de Gran Sasso. Una nueva aproximación funciona más cerca de la temperatura ambiente. El físico Juan Collar de la Universidad de Chicago informó (y sus colaboradores han resucitado) una herramienta de experimentos de la física de partículas de mitad de siglo — la cámara de burbujas, una tinaja de líquido presurizado que hierve en un único punto cuando es golpeado por una partículas de alta energía.

Su experimento, COUPP (Observatorio Subterráneo de Chicagoland para Física de Partículas), con sede en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Batavia, Illinois, consta de unos vasos de vidrio llenos de un litro de líquido para apagar incendios, el iodotrifluorometano (CF3I). Collar dice que ajustando la temperatura y presión del líquido, el grupo puede ajustar la cámara para ignorar la mayoría de partículas aparte de los candidatos a WIMP.

La búsqueda de materia oscura es un juego de paciencia. CDMSII ha registrado cero candidatos a WIMP desde que comenzó a funcionar en 2006. En 59 días de datos recopilados durante 2006 y 2007, Xenon10 registró sólo 10 impactos, ninguno de ellos candidatos a WIMP. Pero la ausencia de WIMPs también ofrece información. Con cada año que pasa, los investigadores puede descartar franjas de potenciales WIMPs, cada uno con una combinación particular de masa y sensibilidad a la materia normal.

Los investigadores de DAMA afirmaron tener los suficientes candidatos a WIMP para indicar una pequeña fluctuación estacional en su frecuencia — reflejando el paso de la Tierra a través del vendaval de WIMPs. Pero los investigadores dicen que tal multitud de WIMPs se habrían captado en otros detectores. Reconciliar esta discrepancia es complejo dado que la aproximación de DAMA difiere del resto de experimentos. “Si quieres demostrar este tipo de efecto estacional, es difícil demostrar que no tienes un efecto sistemático”, dice Shutt, dado que los cambios de temperatura con la estación curvan la sensibilidad de los tubos fotomultiplicadores de captación de luz usados para observar los impactos en los detectores.

Collar dice que ha soportado las críticas de otros físicos de partículas sobre que los experimentos de materia oscura no encajan con los estándares típicos para experimentos como los que buscan estudiar la naturaleza de la antimateria o buscan el bosón de Higgs. En el laso positivo, apunta que DAMA al menos ha forzado a los investigadores a reconocer que la búsqueda de materia oscura podría ser más compleja de lo que se había supuesto.

La próxima década puede ofrecer la mejor esperanza de detectar WIMPs. A finales de este año, el Gran Colisionador de Hadrones, el próximo mayor acelerador de partículas del mundo, se conectará cerca de Ginebra en Suiza, y se unirá a la caza creando potencialmente desde cero partículas de WIMPs.

Los investigadores sólo quedarán satisfechos de que han identificado a su presa cuando múltiples experimentos se confirmen entre sí. “Lo que estamos tratando de hacer es sutil”, dice Collar, “por eso no creemos que un único experimento vaya a resolver solo el misterio de la materia oscura”.


Autor: JR Minkel
Fecha Original: 29 de abril de 2008
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Comment (1)

  1. jesus

    que noticias tienen sobre el experimento que se va a realizar en mayo sobre el choque de dos atomos??

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