Un nuevo experimento diseñado para buscar en el cosmos su “elemento más misterioso”, la materia oscura, ha arrojado sus primeros resultados.
Aunque el experimento BREAD (Experimento de reflector de banda ancha para la detección de axiones) desarrollado por la Universidad de Chicago y el Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU. aún no ha detectado partículas de materia oscura, los nuevos resultados imponen una restricción más estricta sobre el tipo de características que los científicos pueden esperar. tales partículas tener. El propio experimento BREAD también proporcionó una nueva e interesante receta que podría usarse en la búsqueda de materia oscura: una receta relativamente económica que no ocupa mucho espacio.
BREAD adopta un enfoque de «banda ancha» para buscar partículas hipotéticas de materia oscura llamadas «axiones» y «fotones oscuros» asociados a través de un conjunto de posibilidades más amplio que otros experimentos, aunque con algo menos de precisión.
«Si lo piensas como una radio, buscar materia oscura es como sintonizar el dial para buscar una estación de radio en particular, excepto que hay un millón de frecuencias para verificar», dijo David, científico de la Universidad de Chicago y co- líder del proyecto PAN. Molinero dijo en un comunicado. «Nuestro método es como analizar en profundidad 100.000 emisoras de radio, en lugar de sólo unas pocas».
Relacionado: ¿Qué es la materia oscura?
Un pequeño experimento para resolver un gran problema
La materia oscura representa un enorme problema para los científicos porque, aunque constituye alrededor del 85% de la materia del universo y su influencia impide que las galaxias se rompan a medida que giran, no tenemos idea de qué lo causa.
Esto se debe en parte a que la materia oscura es efectivamente invisible; no parece interactuar con la luz, ni emite ni refleja fotones estándar. Ce manque d'interaction électromagnétique suggère que la matière noire n'est pas composée de protons, de neutrons et d'électrons qui composent les objets de « matière normale » comme les étoiles, les planètes, les lunes, notre corps et le chat d 'al lado.
Aunque nuestros telescopios no pueden detectar la materia oscura directamente, ésta afecta a las estrellas, galaxias e incluso a la luz a través de sus interacciones con la gravedad. Entonces los astrónomos pueden decir que hay algo allí, pero simplemente no saben qué es. Saber qué buscar y exactamente dónde buscar es otra cuestión.
«Estamos convencidos de que hay algo, pero podría adoptar muchas, muchas formas», dijo Miller.
Esta confusión ha llevado a los científicos a buscar diferentes partículas con propiedades extrañas que podrían formar parte de la materia oscura. Uno de esos candidatos es el axión, una partícula hipotética de masa extremadamente pequeña. Si existen axiones, pueden interactuar con el llamado fotón oscuro, del mismo modo que la materia cotidiana interactúa con fotones «ordinarios». Esta interacción podría provocar ocasionalmente la creación de un fotón visible en determinadas circunstancias.
BREAD es una antena parabólica coaxial con forma de tubo metálico curvado que cabe sobre una mesa. El experimento está diseñado para capturar fotones y dirigirlos a un sensor en un extremo para buscar un subconjunto de posibles axiones.
En el experimento BREAD a gran escala, el equipo se colocará en un fuerte campo magnético, lo que el equipo cree que aumentará las posibilidades de que los axones se conviertan en fotones. Como prueba de principio, el equipo realizó un experimento BREAD sin los imanes necesarios para generar este campo.
El experimento proto-BREAD se llevó a cabo en la Universidad de Chicago durante un mes y proporcionó algunos datos interesantes, lo que despertó el apetito del equipo por el experimento a gran escala. Los resultados de las pruebas mostraron que BREAD era muy sensible en el rango de frecuencia para el que lo diseñó el equipo.
«Este es sólo el primer paso de una serie de emocionantes experimentos que estamos planeando», dijo Andrew Sonnenschein, codirector de BREAD e investigador del Fermilab. «Tenemos muchas ideas para mejorar la sensibilidad de nuestra búsqueda de axiones».
La prueba también demostró que la física de partículas se puede realizar sobre una mesa, así como en enormes aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que se extiende a 27 kilómetros de profundidad debajo de la frontera con Francia y Suiza.
«Este resultado es un hito importante para nuestro concepto, y demuestra por primera vez el poder de nuestro enfoque», dijo Stefan Knirck, investigador postdoctoral en Fermilab que dirigió el desarrollo y la construcción de BREAD. «Es fantástico hacer este tipo de ciencia creativa a escala de mesa, donde un pequeño equipo puede hacer de todo, desde construir el experimento hasta analizar los datos, sin dejar de tener un gran impacto en la física de partículas moderna».
La siguiente etapa del experimento BREAD consistirá en transportar el dispositivo a la Instalación de Imán del Laboratorio Nacional Argonne. Además, instalaciones como el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC, el MIT, Caltech y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA están trabajando en investigación y desarrollo con la Universidad de Chicago y Fermilab para futuras recetas de experimentos BREAD.
«Todavía hay muchas preguntas abiertas en la ciencia y un enorme espacio para ideas nuevas y creativas para abordar estas preguntas», concluyó Miller. «Creo que este es un ejemplo realmente distintivo de este tipo de ideas creativas; en este caso, asociaciones de colaboración impactantes entre ciencia a pequeña escala en universidades y ciencia a gran escala en laboratorios nacionales».
La investigación del equipo se detalla en un artículo publicado el mes pasado en la revista Cartas de examen físico.
