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Jueves, 14 noviembre 2013
Astrofísica

Primeros resultados del detector de materia oscura más sensible del mundo

Después de tres meses de rastreo, el detector de materia oscura más sensible del mundo ha demostrado sus capacidades y ya ha permitido descartar como detecciones de materia oscura a algunas candidatas a detección que se registraron en otros experimentos, y que difícilmente se habrían podido aclarar sin el LUX.

El detector LUX (de las palabras en inglés Large Underground Xenon) está emplazado bajo las Colinas Negras (o las Black Hills en inglés), de Dakota del Sur, Estados Unidos, en un recinto del Laboratorio Sanford (Sanford Lab) situado a unos 1.480 metros (unos 4.850 pies) de profundidad. Se trata del dispositivo más sensible diseñado hasta ahora para buscar la materia oscura.

Nadie sabe de qué está hecha la materia oscura, ni jamás se la ha podido observar directamente, pero muchos físicos están seguros de que existe debido a la manera en que su atracción gravitacional atrae a las concentraciones visibles de materia normal en el espacio. Esto sólo les permite determinar cuánta de esta misteriosa materia existe en el universo (cinco veces más que la cantidad de materia ordinaria), pero no de qué está hecha. La materia oscura parece concentrarse más en unos puntos del cosmos que en otros, pero se asume que hay partículas de materia oscura circulando por todas partes, y que algunas llegan a la Tierra.

El LUX requiere un ambiente con las menores perturbaciones posibles. En su emplazamiento a gran profundidad bajo tierra está protegido de la radiación cósmica que bombardea de manera constante la superficie de la Tierra. El LUX también debe ser protegido de las pequeñas cantidades de radiación natural que proviene de la masa rocosa circundante. El núcleo de la máquina es un tanque de titanio, que tiene más o menos el tamaño de una cabina de teléfono, lleno con alrededor de un tercio de tonelada de xenón líquido, enfriado a unos 100 grados centígrados bajo cero (unos 150 grados Fahrenheit bajo cero). El núcleo está a su vez encerrado dentro de un tanque de acero inoxidable de unos 6 metros (20 pies) de alto y 7 metros y medio (25 pies) de diámetro, que alberga más de 250.000 litros (más de 70.000 galones) de agua desionizada ultrapura, destinada a escudar a la máquina frente a la radiación gamma y los neutrones errantes.

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Se barajan varias identidades para la materia oscura. A la espera de hacer un descubrimiento que demuestre que una de ellas corresponde a la materia oscura, los científicos van avanzando de momento por la vía de la eliminación de posibilidades. Si un hallazgo demuestra que la materia oscura no puede tener una de esas identidades propuestas, la lista de candidatos se reduce y la investigación se concentra en ellos.

Las partículas de materia oscura no emiten luz. Por eso los científicos del LUX buscan evidencias de las colisiones de partículas de materia oscura contra átomos de xenón dentro de la cámara del detector. Si entre todas las partículas que interaccionen con átomos de xenón, hay algunas que concuerdan con alguno de los modelos teóricos más aceptados para la materia oscura, entonces los científicos deberían ser capaces de detectar a dichas partículas de materia oscura a partir de sus colisiones.

Por ahora, el modelo teórico favorito para las partículas de materia oscura es el de las Partículas Masivas de Interacción Débil, o WIMPs por sus siglas en inglés.

Recientemente, otro equipo de investigación, usando detectores ultrafríos basados en el silicio, comunicó públicamente tres posibles detecciones de WIMPs. Las dudas sobre estas tres candidatas de detección eran difíciles de aclarar. Sin embargo, gracias al LUX, que fue diseñado para tener una sensibilidad detectora de WIMPs mayor que la de cualquier otro detector existente, se ha determinado, tras sus tres primeros meses de funcionamiento, que aquellas posibles detecciones de materia oscura no lo son. Si lo hubieran sido, en el LUX se habrían hecho unas 1.600 detecciones durante este periodo de tres meses, y eso no ha ocurrido.

En el proyecto LUX trabajan físicos de diversas instituciones de Estados Unidos y Europa, incluyendo la Universidad Brown, en Providence, Rhode Island, Estados Unidos, la Universidad de California, y el University College de Londres. El físico Matthew Szydagis, de la Universidad de California en Davis, es el responsable de coordinar los análisis de datos entre los miembros del equipo del LUX. Mani Tripathi, profesor de física en la universidad antedicha, es uno de los siete investigadores fundadores de la iniciativa, quienes propusieron el experimento LUX en 2006.

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