¿Es detectable la materia oscura?

Prototipo del dispositivo diseñado por el MIT para producir un rayo de electrones muy angosto de alto poder para el experimento que se conoce como Luz Oscura (Crédito: MIT)

Científicos del MIT y prácticamente de todo el mundo han desarrollado una herramienta que podría probar si la materia oscura es detectable.

Ese será un gran reto: la materia oscura, según los físicos, es mucho más pesada y abundante que la materia normal en el universo en una proporción de cinco a uno y es invisible.

Sin embargo, investigadores del MIT han idea una manera posible de probarlo, la describen en un artículo en Physical Review Letters elaborado por Richard Milner y Peter Fisher y 19 investigadores más.

Luz oscura

“Estamos buscando un fotón masivo” explica Milner. Podría parecer una contradicción en los términos: los fotones, o partículas de luz, son partículas sin masa.

Sin embargo, una partícula exótica que semeja un fotón, pero con masa, ha sido propuesta por algunos teóricos para explicar la materia oscura –cuya naturaleza se desconoce pero su existencia puede ser inferida a partir de los efectos de atracción gravitatorio que ejerce sobre la materia ordinaria, tales como la forma de rotación y agruparse de las galaxias.

Un experimento conocido como Luz Oscura, desarrollado por Fisher y Milner en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional del Acelerador Jefferson en Virginia y otros más, buscarán un fotón masivo con una energía específica postulada en una teoría particular sobre la materia oscura, dijo Milner.

Si esta partícula existe, sería un gran descubrimiento, dice Milner. “Está completamente más allá de cualquier cosa que comprendamos del mundo físico”, dijo. “Un fotón masivo podría  ser completamente distinto” de cualquier cosa que sea permitido por el Modelo Estándar,  base de la física moderna, dijo.

Para comprobar la existencia de esta partícula teorizada, llamada A (A prima), el nuevo experimento utilizara un acelerador de partículas en el Laboratorio Jefferson que ha sido ajustado para producir un rayo muy angosto de electrones con un poder de un megawatt. Esa es una gran cantidad de energía, dice Milner. “No puedes colocar cualquier material a su paso”, dijo, sin que sea destruido por el rayo. En una comparación, explica que un horno caliente representa un kilowatt de poder. “Esto tendrá mil veces más que eso”, dijo, concentrado un una millónesima de metro.

El nuevo artículo confirma que el rayo reune precisamente las características requeridas para detectar la hipotética partícula –o quizá, detectar dos partículas que se forman al decaer esta partícula, en proporciones muy precisas que revelarían la existencia de la primera. Para hacerlo, sin embargo, se requerirá dos años más de preparación y pruebas en los equipos, seguidos por dos años más para reunir información de millones de colisiones de electrones en la búsqueda de esta diminuta anomalía estadística.

“Es un efecto diminuto”, dijo Milner, “pero puede tener enormes consecuencias para nuestras teorías y nuestra comprensión. Sería algo completamente innovador para la física”.

La existencia de otras partículas

Aunque el propósito principal de Luz Oscura es buscar la partícula A, también se da el caso que está bien equipado para abordar otros enigmas de la física, dice Milner. Puede comprobar la naturaleza de una reacción, dentro de las estrellas, en el cual el carbono y el helio se fusionan para conformar oxígeno –un proceso que es el responsable de todo el oxígeno existente en el universo.

“Es la materia de la cual todos estamos hechos”, dice Milner, y el promedio de esta reacción determina la cantidad de oxígeno que existe. A pesar que el promedio de reacción es muy difícil de medir, dice Milner, el experimento Luz Oscura podría iluminar el proceso de manera novedosa. “la idea es hacer lo inverso”. En lugar de fusionar atómos para formar oxígeno, el experimentos direccionaría el poderoso rayo a un objetivo de oxígeno, ocasionando su división en carbono y helio. Eso, dice Miller, proporcionaría una forma indirecta de determinar el promedio de producción estelar.

Roy Holt, miembro del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, dice que esta investigación es “un desarrollo novedoso técnico muy significativo que abre nuevas formas de búsqueda de una partícula pero también para nuevos estudios en física”. Si el experimento planeado detecta la partícula A, dice, “significará que la materia oscura podría ser estudiada y  analizada en un laboratorio”.

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