06/Dic/06

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Aunque se oculte, los físicos buscan la materia oscura

Un poderoso detector, bien abajo del subsuelo en una mina en Minnesota puede ser capaz de llegar al meollo del misterio la materia oscura, algo que los físicos no saben que és, pero existe.

Los astrónomos aún no saben qué es la materia oscura, pero saben que se trata del 96% del Universo, aproximadamente. No podemos verla, pero podemos medir el efecto de su fuerza de gravedad en las estrellas y las galaxias. Un poderoso detector, bien abajo del subsuelo en una mina en Minnesota puede ser capaz de llegar al meollo del misterio. El proyecto Cryogenic Dark Matter Search II (buscador criogénico de la materia oscura II) intentará detectar las llamadas WIMPS (siglas para partículas masivas de interacción débil). Estas partículas teóricas no interactúan normalmente con la materia, pero ocasionalmente podrían detectarse colisiones.

Hasta el momento los científicos no conocen de que se encuentra formada la materia oscura, pero saben que se encuentra en todo el Universo. Todo lo que los humanos observamos en el cielo, llámese galaxias, estrellas, planetas y el resto de objetos cósmicos solo forman el 4 por ciento del Universo. El 96 por ciento restante está compuesto de materia oscura y algo aun más misterioso: la energía oscura. Los científicos recientemente han encontrado evidencia directa de la materia oscura por el estudio de un cúmulo de galaxias y han observado diferentes tipos de movimiento en las fuentes luminosas ocasionado por la materia oscura. No obstante, nadie conoce de qué esta hecha la materia oscura. Ahora, un proyecto internacional pionero liderado por el físico de la Universidad de Stanford Blas Cabrera, finalmente podría encontrar pistas sobre las partículas que forman la materia oscura.

"Es muy duro, saber que hay una sustancia en el Universo y no poder visualizarla. Las estrellas y galaxias serían como las luces de un árbol navideño a bordo de una nave la cual es oscura y la cual ni absorbe ni emite luz", dice Cabrera.

El proyecto de Cabrera se aloja en las profundidades de una mina en Minnesota, Estados Unidos y se denomina CDMSII (Cryogenic Dark Matter Search II) un total de 46 científicos y 13 instituciones colaboran en el proyecto.

El experimento es el más sensible del mundo y detecta partículas exóticas llamadas WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles), según los científicos serian los constituyentes de la materia oscura. Otras opciones incluyen los neutrinos, las partículas teóricas llamadas axiones o aún puede ser materia normal como los agujeros negros y las estrellas enanas marrones que son tan débiles que no se pueden observar.

Las WIMPS son de carga neutra y pesan más de cien veces la masa de un protón. Hasta el momento estas partículas elementales existen únicamente en teoría y nunca han sido observadas. Los científicos piensan que aún no las han encontrado porque son extremadamente difíciles de capturar. Las WIMPS no interactúan con la mayoría de la materia -estas partículas pasan a través de nuestro cuerpo- pero Cabrera piensa que con el proyecto CDMSII logrará captar la rara colisión con los átomos en detectores especiales que se han construido.

"Estas partículas pasan a través de la Tierra sin dispersarse", dice Cabrera. "La única razón por la que tendremos oportunidad de ver estos eventos es porque muchas de estas partículas que son muy raras interactúen con los detectores y se dispersen".

Los detectores se encuentran bajo la tierra en una mina de Minnesota para protegerlos de los rayos cósmicos y de otras partículas que pudieran chocar con los detectores y confundirse con la materia oscura.

"Nuestros detectores se encuentran a temperaturas 50 milésimas de grado por encima del cero absoluto veces por abajo del cero absoluto", dice Walter Ogburn, un estudiante graduado de Stanford que trabaja en el proyecto. "Es difícil hacer las cosas tan frías".

A su vez, los instrumentos usados son colocados en una nevera protegidos con 6 capas de aislamiento térmico. Los detectores están hechos de cristales de silicio sólido y germanio sólido, asentado en una red perfecta. Si las partículas WIMPS colisionan con ellos, y desprenden pequeños paquetes de "calor" denominados fonones. Cuando estos, a su vez, alcanzan la superficie de los detectores crean un cambio en la capa muy sensible de tungsteno y ahí es cuando los científicos pueden registrar los datos. Un segundo circuito, del otro lado del detector mide los iones, que son partículas cargadas que pueden liberarse cuando colisiona una WIMP con un átomo del detector.

Un subconjunto de WIMPS, llamados neutralinos (teóricos) son partículas más livianas predichas por la súper-simetría, teoría que predice una compañera para cada partícula observada. Si CDMS II tiene éxito y encuentra los neutralinos, será la primera evidencia de la súper-simetría. "La súper-simetría sugiere que existe un grupo de partículas en otra parte y que son socias de las partículas que nosotros observamos", dice Cabrera.

Las interacciones débiles de las WIMPS son dadas porque, aun cuando las partículas de materia oscura tienen masa y obedecen las leyes de la gravedad, no se agrupan en galaxias y estrellas como la materia normal. Para agruparse, las partículas deben chocar entre si y adherirse posteriormente. Pero, debido a que las WIMPS son neutras, no forman átomos, debido a que requieren la atracción de protones positivos y los electrones cargados negativamente. Cabrebra al respecto menciona "La materia oscura atraviesa todo, dice Cabrera. "Nunca colapsa de la manera como lo hacen los átomos".

Dado que la materia oscura nunca formó estrellas u otros objetos cósmicos familiares, por mucho tiempo los científicos no percibieron que estaba ahí. La primera indicación de su existencia fue en la década de 1930, cuando Fritz Zwicky, un astrónomo suizo-norteamericano, observó los cúmulos de galaxias. Él concluyó que la masa de estas galaxias no era suficiente para mantenerlas unidas por lo que supuso que algo no conocido proveía la masa faltante.

Más tarde, en la década de 1970, Vera Rubin, una astrónoma estadounidense, midió las velocidades de estrellas en la Vía Láctea y otras galaxias cercanas. Notó que en los bordes de las galaxias, las estrellas rotaban más lentamente. Algo que para ella no tenía sentido. Al paso de los años, se fueron encontrando más y más pruebas de la existencia de la materia oscura, aunque los científicos no sabían qué era.

Actualmente, los científicos del proyecto CDMSII esperan construir detectores más grandes y mejores para incrementar las posibilidades de encontrar WIMPS. Tienen la esperanza de construir un detector de una tonelada, capaz de descubrir muchos tipos de WIMPS, si es que existen.

Fuente: Cielo Sur. Aportado por Eduardo J. Carletti