Descubrir la materia oscura
Dos experimentos están cerca de encontrar lo que constituye gran parte del universo
De Mark Miller.
La ciencia estima que más de una cuarta parte del universo es materia oscura. Pero, debido a que está compuesto de una sustancia que no absorbe, refleja, ni emite luz, la materia oscura es extremadamente difícil de encontrar. De hecho, el Modelo Estándar (la mejor teoría científica sobre los bloques de construcción del universo y sobre cómo interactúan) no se pronuncia al respecto.
Sin embargo, los hallazgos de dos experimentos pueden arrojar nueva luz: uno, desafiando las predicciones del Modelo Estándar y, el otro, descubriendo posibles partículas de materia oscura cuando chocan con átomos comunes.
Muones oscilantes
El experimento Muon g-2 realizado en el Laboratorio Nacional Fermi, o Fermilab, encontró evidencias de que el comportamiento de las partículas subatómicas llamadas muones puede no obedecer las predicciones del Modelo Estándar.
Un muón es como un electrón, pero con una masa 200 veces mayor. Además, como un electrón, un muón actúa igual que si tuviera un imán interno. Cuando viaja a través de un campo magnético, el muón gira y se tambalea como el eje de una peonza.
En el experimento Muon g-2, los muones dan vueltas una y otra vez a un anillo de unos 15 m de ancho, una especie de pista magnética. A medida que se mueven por el campo magnético, sus oscilaciones se pueden medir con precisión. Estos resultados se comparan con los valores previstos. El experimento confirmó una desviación estándar de 4,2 con respecto a las predicciones del Modelo Estándar. La discrepancia podría significar que el muón interactúa con partículas u otras formas de energía no conocidas actualmente por la ciencia, un descubrimiento que podría abrir una ventana más amplia a misterios cósmicos como la materia oscura.
Descubrimiento por deflexión
En el Laboratorio Nacional del Gran Sasso en Italia, el experimento XENONnT busca partículas oscuras detectando los destellos de luz que pueden crear cuando se desvían de los átomos de xenón.
El experimento utiliza más de ocho toneladas de xenón contenidas en líquido. Si una partícula oscura choca contra el xenón, libera un electrón. Así se crea un destello de luz que puede ser detectado por una serie de fotomultiplicadores que recubren el recipiente de líquido. Los instrumentos pueden detectar incluso un solo fotón desencadenado por la deflexión de una partícula oscura.
Los investigadores están utilizando la deflexión de partículas para buscar partículas de masa que interactúan débilmente (WIMP). Desafortunadamente, aún no se ha descubierto ninguna, pero el meollo de la cuestión puede basarse en la eliminación de las partículas oscuras candidatas, así como en su descubrimiento real.
“Empiezas a darle vueltas y a pensar que quizás hayamos apostado al caballo equivocado,” comenta el físico Rafael Lang en Scientific American acerca de la búsqueda de WIMP. Pero se muestra optimista. “Si creíamos en las WIMP hace diez años, solo se han descartado la mitad de ellas. La otra mitad sigue siendo viable.” (1)
“Los muones podrían estar interactuando con partículas oscuras u otras formas de energía no conocidas actualmente por la ciencia”.
Otras posibilidades
Las WIMP y las fuerzas que causan la oscilación de los muones son tan solo dos posibilidades de partículas oscuras. Según Scientific American, otras incluyen una partícula teórica llamada axión. La materia oscura también puede estar formada por partículas compuestas. También es posible que no esté formada por partículas, sino por agujeros negros. Cualesquiera que sean las respuestas, los experimento de Muon g-2, XENONnT y otros similares continuarán ayudando en la búsqueda de materia misteriosa.
Mark Miller es redactor de contenido de Thermo Fisher Scientific.
Referencias
1. Moskowitz, C. (2021, April 1). Dark Matter’s Last Stand. Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dark-matters-last-stand
Este contenido se inspiró, en parte, en “Dark matter,” CERN; “Long-Awaited Muon Measurement Boosts Evidence for New Physics,” Scientific American; “First results from Fermilab’s Muon g-2 experiment strengthen evidence of new physics,” Fermilab; “A Tiny Particle’s Wobble Could Upend the Known Laws of Physics,” The New York Times; “The muon g-2 experiment might mean the Standard Model of physics is incomplete, but that’s just the beginning,” Massive Science; y “Dark Matter’s Last Stand,” Scientific American.
