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Intentando detectar la materia oscura a 1,5 kilómetros bajo tierra

13/10/2022
Juan Pablo VentosoPorPublicado porJuan Pablo Ventoso
Intentando detectar la materia oscura a 1,5 kilómetros bajo tierra Un grupo de investigadores trabaja en un laboratorio subterráneo en Estados Unidos con este peculiar objetivo. ¿Qué es la materia oscura?




Un equipo de más de 250 investigadores de varios países, publicaron los primeros resultados de un ambicioso proyecto cuyo objetivo es encontrar señales inequióvicas de la materia oscura atravesando nuestro planeta. Para ello, trabajan en un laboratorio denominado LUX-ZEPLIN (LZ), a 1,5 kilómetros bajo tierra en una mina de oro abandonada en la ciudad de Lead, en Dakota del Sur, Estados Unidos.


Según sus creadores, este laboratorio es el detector de materia oscura más sensible que se haya construido. El objetivo de construirlo bajo tierra es que esté aislado de la mayor cantidad posible de radiación y polvo, que podrían generar contaminación local en los resultados, dificultando la detección de la materia oscura.

El tanque del laboratorio LZ visto por fuera (lzl.lbl.gov)

El tanque del laboratorio LZ visto por fuera (lzl.lbl.gov)


Materia y energía invisible

Pero, ¿qué es la materia oscura? No lo sabemos. Es uno de los mayores misterios de la ciencia moderna, junto con la energía oscura. Los científicos llevan décadas buscando pistas sobre este misterioso componente del que estaría hecho el 23% del universo. Al analizar la velocidad de expansión y el movimiento de las galaxias, llegamos a la conclusión de que el universo observable es tan sólo el 5% de la energía total. El movimiento de las galaxias indica que hay un 23% de materia oscura, no visible, y la aceleración de la expansión del universo nos sugiere un 72% restante de energía oscura para explicarla.


Entonces, ¿cómo buscamos algo que ni siquiera sabemos qué es? ¿y que además es invisible? El detector del laboratorio LZ está diseñado para captar una señal, así sea extremadamente débil, de lo que podría ser una partícula de materia oscura. Algo así como "escuchar cuidadosamente en medio de un campo silencioso", afirman los creadores del LZ.

Dark Matter

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Como la materia oscura no emite, refleja, ni absorbe la luz, la única señal que tenemos al momento de ella es el efecto gravitacional que ejerce sobre la materia visible, de la que están hecha las estrellas y la galaxias, por ejemplo. Pero ay una hipotética partícula candidata a ser parte de la materia oscura, de acuerdo a diversas teorías: WIMP (iniciales en inglés de Partícula Masiva de Interacción Débil).


Los WIMP

Se cree que los WIMP se formaron inmediatamente luego del Big Bang y que debería haber tanta cantidad de ellos que podrían ser una posible explicación para la materia oscura. De existir, serían generalmente capaces de atravesar la materia ordinaria, salvo en contadas ocasiones, cuando alguno de ellos podría chocar contra el núcleo de un átomo. Ahí es donde el laboratorio entra en juego: Los científicos están a la caza de ese instante preciso.


Para ello, el laboratorio contiene un gran tanque hecho de titanio, con 10 toneladas de xenón líquido ultrapuro. El experimento consiste en observar las partículas que viajan por el cosmos hasta llegar al centro del tanque, esperando que alguna de esas partículas impacte con el núcleo de uno de los átomos de xenón. Cuando ocurre ese choque, se genera un estallido de luz que es detectado por los sensores del LZ. Analizando esa luz se puede deducir qué tipo de partícula fue la que chocó con el átomo de xenón, potencialmente detectando las características de un WIMP.

Científico trabajando en el tanque (lz.lbl.gov)

Científico trabajando en el tanque (lz.lbl.gov)


El laboratorio tiene un sitio web donde se publica información detallada del laboratorio, así como los experimentos y sus resultados hasta ahora. Si bien al momento no se encontraron señales inequívocas de WIMPs, planean iniciar un nuevo período de búsqueda intensivo de 1000 días para aumentar las probabilidades de encontrar señales compatibles.


Un PDF con la presentación realizada por el equipo de investigadores, junto con los resultados obtenidos, puede verse y descargarse en este enlace.

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