Veinte años después, se puede conocer la verdad sobre la única detección de materia oscura | Ciencia

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En la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó que algunos grupos de estrellas se movían más rápido de lo que deberían. La masa visible no justificaba su velocidad y el científico declaró que debería haber una materia oscura que explicara su movimiento. Desde entonces, el concepto se ha convertido en una idea fundamental para explicar el cosmos, incluso como parte de un misterio gigantesco. La materia visible, como la formada por planetas o estrellas, solo representa el 5% del universo. La materia oscura, de la que solo vemos sus efectos indirectos, es del 25%. El resto, la energía oscura aún más misteriosa.

Hay proyectos en todo el mundo que intentan producir o detectar materia oscura, pero hasta ahora nadie ha tenido éxito. O nadie ha tenido un éxito reconocido por la comunidad científica. Durante más de veinte años, un equipo dirigido por la profesora de la Universidad de Roma, Rita Bernabei, dice que ha atrapado la materia oscura. Su supuesto logro se obtuvo gracias a DAMA, un detector de 100 kilos de yoduro de sodio instalado en un laboratorio enterrado a más de un kilómetro de profundidad, dentro del Gran Sasso, en los Apeninos italianos. Ese detector era una trampa sofisticada para capturar algunos de los WIMP (partículas masivas de interacción débil que, en teoría, forman la materia oscura), que emitirían un destello brillante cuando golpearan algunos de los átomos del detector.

En 2021, los experimentos COSINE y ANAIS habrán acumulado suficientes datos para tener resultados confiables.

La idea de observar un tipo de materia tan evasiva fue propuesta en 1986 por la investigadora de la Universidad de Texas (EE. UU.) Katherine Freese, quien sugirió que podrían observarse diferencias en la cantidad de materia oscura que cruza nuestro planeta en diferentes épocas del año. Orbitamos alrededor del Sol, que a su vez orbita dentro de nuestra galaxia acompañando el halo invisible de la materia oscura. Como si fuera una nube de mosquito que avanza, cuando seguimos la misma dirección a la misma velocidad, el número de impactos contra nuestro vehículo sería menor, pero cuando llegamos al punto de nuestra órbita donde cambiamos de dirección, comenzamos a movernos. contra la nube, verías un aumento en la cantidad de impactos. Ese pico de impactos es lo que el equipo de Gran Sasso ha observado alrededor de junio desde 1997. Y las mismas observaciones han sido confirmadas por el mismo equipo y en el mismo lugar con un detector mejorado de 250 kilos de yoduro de sodio.

El problema para Bernabei y su gente es que no es tan fácil construir un detector con las características y la sensibilidad necesarias para que los resultados sean comparables. La colisión de una partícula de materia oscura contra una de materia normal es algo tan extraño que no es fácil aislarla de ningún otro fenómeno y, hasta ahora, los esfuerzos para replicar el experimento no han logrado ofrecer una respuesta concluyente.

Experimentos como CDMSII, instalado en la mina Soudan en Minnesota (EE. UU.), O Xenon 10, en el mismo laboratorio Gran Sasso, no lograron encontrar la señal de materia oscura en el mismo rango de energía que DAMA / LIBRA. Otro como CRESST, también en el laboratorio subterráneo italiano, recibió una señal, pero era demasiado débil y no parecía coincidir exactamente con el del equipo de Bernabei. En 2017, una versión mejorada de Xenon 10, Xenon 100, no encontró signos de búsqueda de materia oscura donde DAMA encuentra su señal, pero una vez más, se planteó la posibilidad de que el uso de xenón como material para atrapar partículas en lugar de resultados de yoduro de sodio puede No ser comparable.

Como recordé recientemente la revista de física de partículas Simetría, después de dos décadas de controversia, el fin de la incertidumbre puede estar cerca. Ya hay varios experimentos en curso diseñados para tener resultados comparables sin duda. Uno de ellos, ANAIS, dirigido por la Universidad de Zaragoza e instalado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (España), también utiliza yoduro de sodio. Comenzó a recopilar datos en 2017 y en los próximos años habrá acumulado una cantidad suficiente para ser estadísticamente significativo.

Si los resultados son positivos, uno podría comenzar a saber qué constituye el 25% del universo entero, hasta ahora desconocido.

Otro de ellos es COSINE 100, un detector que también utiliza cristales de yoduro de sodio que a su vez se sumergen en 2000 litros de líquido para reducir el ruido de fondo causado por otros tipos de partículas y dificultar la interacción débil de la materia oscura. Este proyecto, instalado en Corea del Sur, comenzó a tomar datos en 2016 y en diciembre de 2018 publicó sus primeros resultados en la revista. Naturaleza. Según el artículo, era muy poco probable que los resultados de DAMA / LIBRA coincidieran con las características que el Modelo Estándar, la teoría que explica el comportamiento de la materia a nivel subatómico, atribuye a la materia oscura ocupada por el halo galáctico. Sin embargo, el experimento necesita acumular datos durante al menos dos años más para tener datos suficientes para determinar si existen variaciones en las señales que los detectores DAMA capturan en diferentes épocas del año o si pueden atribuirse a la materia oscura.

Reina Maruyama, investigadora de la Universidad de Yale que recibió fondos de la National Science Foundation para probar los resultados de DAMA con COSINE, aseguró a Symmetry que “con cinco años de operación del experimento, si la señal está ahí, en 2021, deberíamos estar capaz de verlo "Si no está allí, aunque es más difícil de hacer, también podremos refutarlo", agrega.

Si tanto ANAIS como COSINE confirman los resultados de DAMA, el siguiente paso sería buscar nuevamente la misma fluctuación de un detector en el hemisferio sur. Con este objetivo, se prevé que este otoño comenzará la construcción del experimento SABRE en una antigua mina de oro en Australia. Entonces, sería una cuestión de comenzar a analizar la señal para conocer detalles como la masa y comenzar a describir la naturaleza de esos WIMP que componen la materia oscura. Si el resultado fuera negativo, sería necesario continuar buscando otro lado, aunque aún quedaría por resolver de dónde proviene esta misteriosa fluctuación de la cual, durante 20 años, Rita Bernabei y su familia dicen que es la primera detección de oscuridad. importar.

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