Tema: Astronomía: A la caza de la materia oscura

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  • dinodini

    14 May 2013 21:30

    Mensajes: 3559

    dinodini » 6 ABR 2014  11:21

    Un artículo muy bueno que me he encontrado de astronomía, y además, se entiende muy bien. Ya saben que la astronomía no es algo facil de explicar y comprender, y se agradece que se escriban artículos con un lenguaje sencillo y comprensible para la gran mayoría, y este lo es. Además, trata un tema realmente muy interesante.

     

    http://www.elmundo.es/ciencia/2014/04/06/533ee252e2704eba338b4581.html

     

    A la caza de la materia oscura

     

     

    Representación artística del halo de materia oscura que rodea a la Vía Láctea.

     

    MIGUEL G. CORRAL Valencia
    Actualizado: 06/04/2014

     

    En los años 40, la ciencia no era precisamente cosa de mujeres. En su primer acercamiento a la universidad, Vera Rubin tenía más que claro su interés por la astronomía. Sin embargo, el empleado de la oficina de admisiones le sugirió la idea de cambiar su vocación por algo relacionado con el estudio de las estrellas, pero, de alguna forma, más femenino... como la pintura. Rubin acabó estudiando Artes en el Vassar College de Nueva York. Pero no dio su brazo a torcer y terminó estudiando Física en Cornell con Richard Feynman, aunque no lo tuvo fácil. Como cuenta el físico teórico de Caltech Sean Carroll en su libro La partícula al final del Universo (Debate), cuando escribió a la Universidad de Princeton pidiendo el catálogo de estudios de doctorado se negaron a enviárselo señalando que el departamento de Astronomía no aceptaba mujeres como estudiantes de postgrado (algo que no cambió hasta el año 1975).
    La perseverancia dio sus frutos y en 1978 Vera Rubin y su colega Kent Ford descubrieron algo inesperado que cambiaría la concepción del Cosmos. La Ley de la Gravedad dice que las estrellas deberían moverse a menor velocidad a medida que se alejan del centro de su galaxia, igual que los planetas más lejanos del Sistema Solar giran a menor velocidad que la Tierra alrededor del Sol. Cuanto más lejos del cuerpo que se orbita, menos intensa es la fuerza gravitatoria.

     

    Sin embargo, Rubin y Ford observaron algo muy diferente: Las estrellas se mueven a la misma velocidad aunque se alejen del centro de la galaxia. Parecía imposible, pero no había otra explicación: las galaxias tenían que tener mucha más masa de la que podemos ver. Sin saberlo, habían demostrado la existencia de la materia oscura, uno de los grandes retos de la Astronomía y la Física actuales.

     

    Hacia lo desconocido

     

    No obstante, otros investigadores como Fritz Zwicky o Jan Oort ya habían demostrado por otras vías que en el Universo había muchas más energía de la que podemos ver con los telescopios. El Cosmos es mucho más que galaxias, planetas, estrellas y cuerpos celestes. Toda la materia ordinaria que conocemos, la que compone la Tierra, el Sol, todas las estrellas y constelaciones y a nosotros mismos supone apenas un 5% del Cosmos. El resto del Universo está formado por materia (25%) y energía (70%) oscuras. Pero a pesar de que lo oscuro supone el 95% del Universo y de que han transcurrido 35 años desde el descubrimiento de Rubin, la Física aún no puede explicar ni siquiera qué compone esta enigmática materia, y mucho menos qué hay detrás de la energía oscura.
    «La materia oscura es un misterio, pero hay un consenso de que está formada por partículas», explica Carlos Muñoz, director del Instituto de Física Teórica (IFT) de la Universidad Autónoma de Madrid y el CSIC y coordinador del Proyecto Multidark. «En la energía oscura, en cambio, no se sabe nada, no se sabe ni por donde empezar», asegura.

     

     

    Mapa 3D de la materia oscura del Cosmos. NASA / ESA

     

    Tras el sonado hallazgo del bosón de Higgs en julio de 2012, la materia oscura se ha convertido en el nuevo El Dorado de la Física. La partícula predicha por el británico Peter Higgs era la última pieza que faltaba por encontrar del Modelo Estándar de la Física, el que explica las propiedades y el funcionamiento de la materia que nos rodea y que nos constituye. Lo que se abre ahora ante los físicos es la frontera de lo desconocido. Por ese motivo, bajo el paraguas del proyecto de excelencia Multidark que dirige Carlos Muñoz desde el año 2010, se acaba de celebrar en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de Valencia una reunión científica internacional para poner en común los últimos avances en la búsqueda de materia oscura.

     

    Pero para entrar en esa nueva era hace falta una nueva Física, nuevas reglas del juego que hagan encajar las piezas del puzle de la materia oscura. Y, aunque no se sabe cuáles serán, sí hay varias teorías propuestas que podrían hacer funcionar esa nueva Física. «La más atractiva es la Supersimetría», dice Carlos Muñoz. Según este modelo, conocido entre los físicos como SUSY, cada partícula elemental del Modelo Estándar -quarks, electrones, bosones, neutrinos, etcétera- tendría un duplicado supersimétrico, pero con mucha más masa y con unas propiedades distintas, como que no emiten ni absorben luz o que no tienen carga eléctrica, porque en caso contrario, ya las habríamos encontrado.
    Eso explicaría la enorme masa que detectaron Zwicky o Rubin y que aún no somos capaces de ver. Pero hay otros muchos modelos propuestos que habría que comprobar en caso de que alguna partícula oscura fuese finalmente detectada.

     

    «Lo que nos interesa es saber de qué está hecho lo que no podemos ver del Universo», afirma David G. Cerdeño, investigador del IFT de Madrid, durante su conferencia titulada Los cazadores de materia oscura. «Como no podemos encontrar estas partículas directamente ya que no son visibles y sus interacciones son muy débiles, buscamos las huellas que deja», dice Cerdeño.

     

    Huellas sobre la nieve

     

    La metáfora perfecta es el final de la adaptación al cine de James Whale de la novela de H. G. Wells El hombre invisible, cuando el atormentado e invisible protagonista deja sus pisadas sobre la nieve. «No podemos ver ni detectar estas partículas de ningún modo, a no ser que atraviesen un campo de nieve, como en la película», explica Cerdeño.
    Los físicos experimentales han sido capaces en los últimos años de diseñar un buen número de experimentos que hagan las veces de nieve sobre la que podría pisar una partícula oscura y ser detectada.

     

    De forma sintética, hay tres vías para cazar estas partículas. Mediante métodos directos en los que un material es capaz de detectar el choque de una partícula oscura contra el núcleo de un átomo de ese material; de forma indirecta localizando los neutrinos o rayos gamma que se producen cuando una de estas partículas se aniquila o produciéndolas en un acelerador de partículas, como el LHC (de hecho, el aumento de energía que está sufriendo para pasar de 8GeV a 14GeV está enfocado a producir partículas más pesadas, como las que se piensa que tiene la materia oscura).

     

    Desde hace años, se trata de dar caza a la materia oscura desde satélites como el Fermi -dedicado a analizar rayos gamma- o desde laboratorios subterráneos o excavados en el hielo, como el IceCube de la Antártida o el de Gran Sasso (Italia), tristemente conocido por los resultados que resultaron erróneos sobre neutrinos que viajaban más rápido que la velocidad de la luz. Pero en el campo de la materia oscura, de las decenas de experimentos que se llevan años realizando, sólo uno asegura haber encontrado este tipo de partículas, y fue precisamente el experimento Dama-Libra, llevado a cabo en Gran Sasso.

     

    Desde entonces, muchos grupos científicos persiguen el sueño de encontrar esas mismas partículas y corroborar así los resultados obtenidos en Italia. Pero nadie lo ha logrado aún. Aldo Morselli es uno de los científicos principales del telescopio espacial Fermi que está tratando de confirmar los resultados de Dama-Libra. «Estamos en niveles de confianza de 2 o 3 sigma, si llegamos a cinco sigma podremos decir que hemos encontrado materia oscura», adelanta Morselli. «Esperamos poder tener más resultados en medio año, pero si tuviera que apostar mi dinero sobre cuándo se encontrarán partículas de materia oscura diría que se logrará en el próximo año», asegura.

     

    Los cazadores de materia oscura no sólo ocupan laboratorios fuera de nuestras fronteras. En España, hay desde hace años instalaciones punteras a nivel mundial para la búsqueda de lo desconocido en el Cosmos. La materia oscura tiene interacciones muy débiles, así que el efecto que provoca en los núcleos de los detectores es pequeño y éstos tienen que ser muy sensibles.

     

    Además, para evitar las interferencias del fondo de radiación cósmica -descubierta por casualidad por Penzias y Wilson en los Laboratorios Bell en 1965- y que nos llega como una reliquia del Big Bang, estos laboratorios se tienen que proteger bajo montañas de roca, excavadas en el hielo o en el fondo del mar. Por esa razón, quizá los dos mejores exponentes en España estén en un túnel ferroviario en Canfranc (Pirineos) a 850 metros de profundidad bajo el monte Tobazo -Laboratorio Subterráneo de Canfranc, dirigido desde la Universidad de Zaragoza- y bajo las aguas del Mediterráneo, como el proyecto Antares de detección de neutrinos desarrollado por el IFIC.

     

    A pesar de los esfuerzos internacionales por esclarecer la porción oscura de la materia, aún ni siquiera se alcanzan a vislumbrar sus posibles aplicaciones prácticas. «Nadie tiene ni idea de para qué puede servir la materia oscura si se llega a encontrar», admite Carlos Muñoz. «Pero Faraday y Maxwell, cuando descubrieron la electricidad, tampoco sabían para qué se podía utilizar lo que estaban construyendo y era nada menos que el mundo moderno».
    En todo caso, el momento de buscar la practicidad de un avance semejante aún parece muy lejano. Para Quaisar Shafi, físico teórico del experimento BICEP 2 que confirmó recientemente la teoría de la inflación cósmica y, por tanto, la del Big Bang, queda un trabajo enorme de búsqueda y de contraste con las diferentes teorías sobre la materia oscura. Aún así, para él estamos viviendo un momento apasionante para la historia de la Física.

     

    «Si se encuentra materia oscura, pero no encaja con ninguna teoría de las que hay sobre la mesa, sería muy interesante para los físicos teóricos, se abriría una nueva era de la Física. En ese momento, sí que necesitaríamos un nuevo Einstein», asegura Shafi exaltado. Quizá en este nuevo siglo, el nuevo Einstein podría ser una mujer.

    WELCOME TO THE FUTURE

     

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