La incansable cruzada científica para detectar materia oscura

La materia ordinaria, la que forma las estrellas y planetas, representa solo el 5% del universo. Según los expertos, esta pequeña fracción de materia visible flota en un gran océano de materia oscura formada por partículas invisibles que suponen el 27% del cosmos (el otro 68% corresponde a la todavía más misteriosa energía oscura).

Hace décadas que los físicos predijeron la existencia de esta materia que no interacciona con la luz, pero cuya masa constituye el 80% del universo e influye gravitatoriamente en la materia ordinaria.

Así, desde los años 80, los científicos se encuentran inmersos en una cruzada por detectar diferentes tipos de partículas candidatas a conformar la sustancia invisible del cosmos. Estudios recientes demuestran que los esfuerzos continúan y proponen nuevas posibilidades.

El escurridizo rastro de la materia oscura

Una de las hipotéticas candidatas a integrar la materia oscura son las conocidas como partículas masivas débilmente interactuantes (WIMP, por sus siglas en inglés). Como su nombre indica, interactúan muy ligeramente con la materia visible y su masa estimada es entre una y 1000 veces mayor que la de los protones.

A pesar de ser las candidatas más populares, hasta ahora ninguno de los experimentos destinados a detectar las WIMP ha tenido éxito. Pero los expertos no se rinden. Sin ir más lejos, un equipo de investigadores ha propuesto recientemente un nuevo método basado en utilizar millones de péndulos de tamaño milimétrico que funcionarán como sensores.

La búsqueda tendrá lugar durante los próximos meses en tres detectores situados bajo tierra en Estados Unidos, Italia y China. El objetivo es encontrar las huellas luminosas de interacciones entre el núcleo de átomos del gas xenón (también se ha probado con los gases germanio y argón) y las partículas de la materia oscura.

Partículas todavía más ligeras

Otros científicos abogan por la existencia de otras candidatas más ligeras que las WIMP y que los protones, aún más difíciles de detectar. Se trata de un tipo de partículas hipotéticas presentes en los denominados sectores oscuros del universo, aquellos dominados por campos cuánticos.

En un estudio publicado el pasado verano, un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) proponen detectar la presencia de estas partículas utilizando la cuasipartícula magnón.

Una cuasipartícula es un fenómeno que se da cuando un sólido se comporta como si contuviese partículas débilmente interactuantes. Dentro de esta categoría, los magnones se caracterizan por contener electrones en estado energético o excitado que actúan como diminutos imanes.

Los científicos de Caltech sugieren diseñar un experimento que utilizaría un material magnético cristalizado para buscar signos de magnones. Según diferentes modelos teóricos, las partículas de la materia oscura producirían magnones al chocar con este material.

Pero utilizar magnones no es la única vía para detectar las partículas ligeras que podrían constituir la sustancia invisible del universo. También se ha considerado emplear fotones (partículas de luz) y otro tipo de cuasipartículas, los fonones.

¿Por qué estudiar la materia oscura?

Estudiar la materia oscura es importante para comprender el funcionamiento del universo y aspectos como su tamaño, forma y su evolución. Por ejemplo, determinar cuánta materia oscura contiene permitiría saber si el universo es abierto (continúa expandiéndose), cerrado (se expande hasta un punto y luego se colapsa) o plano (se expande hasta alcanzar el equilibrio).

La fracción invisible del cosmos también permite explicar la formación y evolución de las galaxias y por qué, a pesar de girar, sus componentes no salen disparados.