Dos experimentos se acercan a descubrir de qué está compuesto gran parte del universo
Los científicos creen que más de una cuarta parte del universo es materia oscura. Pero, dado que está compuesta por una sustancia que no absorbe, ni refleja ni emite luz, la materia oscura es extremadamente difícil de encontrar. De hecho, el Modelo Estándar —la mejor teoría científica sobre los componentes básicos del universo y cómo interactúan— permanece misteriosamente silencioso sobre este tema.
Sin embargo, los hallazgos de dos experimentos podrían arrojar nueva luz: uno desafiando las predicciones del Modelo Estándar y el otro descubriendo posibles partículas de materia oscura al chocar con átomos comunes.
"Los muones podrían estar interactuando con partículas oscuras u otras formas de energía que actualmente no son conocidas por la ciencia."
Muones oscilantes
El experimento Muon g-2, realizado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi, o Fermilab, encontró nuevas evidencias de que el comportamiento de partículas subatómicas llamadas muones podría no ajustarse a las predicciones del Modelo Estándar.
Un muón es similar a un electrón pero unas 200 veces más masivo. Además, al igual que un electrón, un muón actúa como si tuviera un imán interno. Al moverse a través de un campo magnético el muón gira y oscila como el eje de un trompo en movimiento.
En el experimento Muon g-2, los muones viajan una y otra vez alrededor de un anillo de 50 pies de diámetro, una especie de pista magnética. Mientras se mueven por el campo magnético sus oscilaciones pueden medirse con precisión. Estos resultados se comparan con los valores predichos. El experimento confirmó una desviación estándar de 4,2 respecto a las predicciones del Modelo Estándar. Esta discrepancia podría indicar que el muón está interactuando con partículas u otra forma de energía aún desconocida para la ciencia, un descubrimiento que podría abrir una ventana más amplia a misterios cósmicos como la materia oscura.
Descubrimiento mediante deflexión
En el Laboratorio Nacional del Gran Sasso en Italia, el experimento XENONnT busca partículas oscuras detectando los destellos de luz que pueden generar al desviarse de átomos de xenón.
El experimento utiliza más de ocho toneladas de xenón en estado líquido. Si una partícula oscura choca con el xenón libera un electrón. Este evento crea un destello de luz que puede ser detectado por una serie de fotomultiplicadores que recubren el recipiente líquido. Los instrumentos pueden detectar incluso un solo fotón liberado por la deflexión de una partícula oscura.
Los investigadores usan la deflexión de partículas para buscar partículas masivas que interactúan débilmente, conocidas como WIMPs. Desafortunadamente, aún no se ha descubierto ninguna, pero el beneficio puede encontrarse tanto en la eliminación de candidatos a partículas oscuras como en su descubrimiento real.
“Uno empieza a rascarse la cabeza y a pensar que tal vez se apostó al caballo equivocado”, dijo el físico Rafael Lang en Scientific American sobre la búsqueda de WIMPs. Pero sigue siendo optimista. “Si creías en los WIMPs hace 10 años, solo la mitad de esos WIMPs ha sido descartada. La otra mitad sigue viva.”
Otras posibilidades
Los WIMPs y las fuerzas que causan las oscilaciones del muón son solo dos posibles partículas oscuras. Según Scientific American, otras posibilidades incluyen una partícula teórica llamada axión. La materia oscura también podría estar compuesta por partículas compuestas. Otra posibilidad es que no esté formada por partículas en absoluto sino por agujeros negros. Sea cual sea la respuesta, los experimentos Muon g-2, XENONnT y otros similares seguirán ayudando en la búsqueda de esta misteriosa materia.
Mark Miller es redactor de contenidos en Thermo Fisher Scientific.
Referencias
1. Moskowitz, C. (2021, April 1). Dark Matter’s Last Stand. Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/dark-matters-last-stand
Este contenido se inspiró, en parte, en “Dark matter,” CERN; “Long-Awaited Muon Measurement Boosts Evidence for New Physics,” Scientific American; “First results from Fermilab’s Muon g-2 experiment strengthen evidence of new physics,” Fermilab; “A Tiny Particle’s Wobble Could Upend the Known Laws of Physics,” The New York Times; “The muon g-2 experiment might mean the Standard Model of physics is incomplete, but that’s just the beginning,” Massive Science; y “Dark Matter’s Last Stand,” Scientific American