Un experimento de vanguardia liderado por la Universidad de Zúrich y la Universidad Hebrea ha logrado un avance en la búsqueda y comprensión de la materia oscura, anunció la universidad a principios de este mes.
Forjando límites líderes en el mundo sobre cómo la materia oscura interactúa con la materia ordinaria, el equipo utilizó una nueva técnica experimental llamada COCODRILO (Observatorio Criogénico Optimizado de Resolución Cuántica para la Incidentia de Materia Oscura a Baja Energía) para observar partículas a casi cero absoluto durante un inédito período de 400 horas.
Materia oscura
Se cree que la materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la masa del universo. Es completamente invisible e indetectable por cualquier método ordinario. No interactúa con la luz ni con ninguna otra radiación electromagnética.
Entonces, ¿por qué pensaríamos que existe? Su existencia se deduce por los efectos gravitacionales en cosas que podemos observar y que no tienen sentido sin la presencia de algo tan pesado pero invisible. La materia oscura es efectivamente el andamiaje gravitacional del universo, creando las fuerzas que le dan su estructura.
Los astrofísicos creen que la materia oscura se concentra en una forma de halo alrededor de una galaxia. Se piensa que su densidad local dentro del sistema solar es mucho menor al 85% de la del universo en general.
El Experimento
Los investigadores utilizaron QROCODILE: detectores superconductores enfriados a cerca del cero absoluto (0K) durante más de 400 horas. A temperatura absoluta, las partículas subatómicas dejan de vibrar por completo y están completamente en reposo. Esto les dio a los investigadores una sensibilidad sin precedentes para detectar cualquier efecto que la materia oscura pudiera estar teniendo.
El detector superconductor es capaz de medir depósitos de energía ridículamente tenues de 0,11 eV, aproximadamente 0,00000000000000000002 Joules. Esto es millones de veces más pequeño que la energía normalmente detectada en experimentos de física de partículas.
Al medir cantidades tan pequeñas de energía, pudieron probar la materia oscura superligera, materia miles de veces menos masiva que cualquier experimento previo.
¿Qué encontraron?
Los investigadores registraron un pequeño número de señales inexplicadas. Aunque estas señales podrían ser de rayos cósmicos o radiación de fondo como gas radón, alimentos y rocas, no obstante nos brindan un emocionante y nuevo límite líder mundial sobre cómo la materia oscura ligera interactúa con electrones y núcleos atómicos.
Las partículas de materia oscura detectadas en la Tierra se cree que pasan a través de nosotros, viajando a través del halo de materia oscura que rodea a la Vía Láctea, lo que significa que son detectadas como vectores, con dirección y magnitud.
Debido a su geometría de capa delgada y su capacidad para detectar fotones individuales, el sensor QROCODILE es sensible a la dirección de la materia oscura entrante, siempre que se detecten suficientes eventos de señal. Esto ayuda crucialmente a rechazar el ruido de fondo y permite a los investigadores determinar el origen de una señal, incluida la dirección del movimiento de la Tierra a través del halo galáctico.
El descubrimiento realizado por la Universidad Hebrea y la Universidad de Zúrich tiene el potencial de ayudarnos a detectar la direccionalidad de esta materia oscura.
Se espera que esto también ayude a la investigación futura a distinguir las verdaderas señales de materia oscura de la interferencia y el ruido aleatorio.
La próxima noticia
La siguiente etapa del experimento se conocerá como NILE QROCODILE - Exposición Incremental Baja de Próximo Umbral. En NILE QROCODILE, mejorarán la sensibilidad de los detectores para captar incluso cantidades más pequeñas de energía que las que el experimento QROCODILE podría captar.
El escenario NILE QROCODILE se llevará a cabo bajo tierra, con el objetivo de minimizar el riesgo de detectar rayos cósmicos en lugar de materia oscura.
NILE QROCODILE contará con una protección mejorada, matrices de detectores más grandes y umbrales de energía más bajos. Esto significa que captará incluso interacciones más pequeñas entre la materia oscura y los átomos y debería solidificar si realmente es materia oscura ligera lo que detectaron los investigadores.
La profesora Yonit Hochberg de la Universidad Hebrea dijo: "Por primera vez, hemos establecido nuevas restricciones sobre la existencia de materia oscura especialmente ligera".
Este estudio marca un paso importante hacia la comprensión de la materia hipotética compleja que se cree que comprende una parte significativa de nuestro universo, y acerca a los astrofísicos a demostrar que realmente existe.