un proyecto a dos kilómetros bajo tierra

Un equipo español colabora en la mayor búsqueda del mundo de materia oscura

Uno de los proyectos más importantes del mundo en la búsqueda de materia oscura cuenta con la participación de un equipo de españoles

Foto: Los nuevos detectores de materia oscura (Fotografía CDMS).
Los nuevos detectores de materia oscura (Fotografía CDMS).

En diciembre de 2009 un rumor creció como un virus desbocado hasta convertirse en pandemia. CDMS, un experimento subterráneo construido en las entrañas de una vieja mina de hierro en Minnesota (EEUU), había detectado materia oscura. El descubrimiento habría revolucionado la física poniendo fin a un misterio de 70 años de antigüedad: ¿Dónde está la ingente cantidad de materia que no vemos y se necesita para que las galaxias y estrellas tengan la gravedad suficiente para moverse como lo hacen?

En 2007 y 2008, los detectores de CDMS, protegidos por 800 metros de roca de las interferencias de los rayos cósmicos que golpean sin cesar la superficie de la Tierra, habían recogido dos minúsculas vibraciones en sus detectores que coinciden con las características que los físicos atribuyen a la materia oscura. Entonces, quedó la duda de si aquellas señales habían sido provocadas por las WIMP (partículas que interaccionan debilmente, de sus siglas en inglés) que pueden formar este tipo de materia o habían sido provocadas por otras partículas que se hubiesen colado en los detectores con efectos similares.

En 2013, nuevos análisis mostraron que en la mina de Soudan se habían capturado otras tres señales que podían ser WIMP, pero los resultados tampoco eran definitivos. La energía de estas partículas, no obstante, cuadraba con algunas teorías recientes que sugieren que la materia oscura no es una sola partícula sino todo un grupo de ellas, entre las que se podría incluir la antimateria oscura.

Este año, el gobierno de EEUU ha aprobado la ampliación de este proyecto que pasará a llamarse SuperCDMS-SNOLAB, contará con un detector de mayor tamaño y se situará en un laboratorio aún más profundo, en Canadá. Con dos kilómetros de roca por encima, será mucho más difícil que partículas que no sean tan escurridizas como las WIMP alcancen los detectores. La próxima vez que se observen señales, habrá más probabilidades de que se pueda anunciar un descubrimiento.

A la espera de una respuesta que poder medir

Este proyecto, uno de los más importantes del mundo en la búsqueda de materia oscura, solo cuenta con la participación de un equipo de fuera de norteamérica: un grupo español de la Universidad Autónoma de Madrid y el Instituto de Física Teórica.

David G. Cerdeño, investigador principal de este grupo, explica cómo unos físicos teóricos acabaron involucrándose en un gran proyecto experimental. “Los teóricos siempre estamos en contacto con los experimentales para ver los resultados de sus observaciones e incluirlos en nuestro trabajo y los experimentales están atentos a nuestras teorías para ponerlas a prueba”, explica.

Esperamos que una partícula de esta materia atraviese el cristal, choque con un núcleo de germanio y provoque una pequeña respuestaA partir de esa disposición, en 2011, gracias en parte a Multidark, un gran proyecto financiado por el Gobierno dirigido a aglutinar los esfuerzos de los investigadores en materia oscura en España, los norteamericanos les propusieron colaborar. “Uno de los investigadores principales del experimento CDMS, David O. Caldwell (University of California, Santa Barbara, USA) está también en el consejo asesor de Multidark y eso nos facilitó mucho el contacto con la colaboración al principio”, apunta Cerdeño.

“SuperCDMS es uno de varios experimentos en el mundo que explota la estrategia de búsqueda directa de materia oscura”, indica el físico español. “Se trata de observar colisiones de materia oscura en unos detectores de germanio mantenidos a temperatura muy baja. En ellos, se espera que una partícula de esta materia atraviese el cristal, choque con un núcleo de germanio y provoque una pequeña respuesta, una ionización que nosotros podemos medir”, añade.

Hasta ahora, la búsqueda se había realizado con 9 kilos de germanio y a 800 metros de profundidad. Ahora se incrementará la cantidad de germanio por más de diez, elevando las posibilidades de observar una colisión, y se aumentará la profundidad del laboratorio hasta los 2000 metros, multiplicando las posibilidades de obtener una señal sin interferencias.

“Sabemos muy poco sobre lo que la materia oscura es en realidad”, reconoce Cerdeño. “Sabemos que existen cantidades ingentes en el universo y sabemos que experimentan interacciones gravitacionales, pero en cuanto a sus propiedades microscópicas sabemos muy poco”, continúa. “Las WIMP aparecen en teorías más allá del modelo estándar y un descubrimiento abriría una ventana que permite explorar nueva física”, afirma.

“Esta ventana que nosotros intentamos abrir va en paralelo a la que se está explorando en aceleradores como el LHC (el gran colisionador de hadrones de Ginebra)”, explica. No obstante, “el hecho de que estas partículas estén bien motivadas teóricamente, no significa que vayan a existir necesariamente”.

El esfuerzo por buscar la materia oscura que constituye más del 80% de la materia del universo, es, según asegura Cerdeño, un esfuerzo colectivo que se desarrolla en muchos frentes. “Nosotros buscamos interacciones con detectores de germanio, pero hay otros que lo hacen con yoduro de sodio, y hay otros que la buscan en aceleradores de partículas como el LHC y también observando directamente la presencia de esta materia en las galaxias”, cuenta.

Detalle de un detector de materia oscura (Fotografía: CDMS).
Detalle de un detector de materia oscura (Fotografía: CDMS).

Hace algo más de dos años, el descubrimiento de una partícula como el bosón de Higgs supuso una de las noticias más impactantes para la ciencia en los últimos tiempos.

Es posible que gracias a experimentos como SuperCDMS en los próximos años la física vuelva a ser noticia con un nuevo hallazgo de gran relevancia sobre el conocimiento de la naturaleza del mundo en que vivimos.

 

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