Un nuevo experimento diseñado para buscar en el cosmos su «materia» más misteriosa, la materia oscura, ha arrojado sus primeros resultados.
Aunque el Experimento de Reflector de Banda Ancha para la Detección de Axiones (BREAD) desarrollado por la Universidad de Chicago y el Fermilab del Departamento de Energía de EE.UU. aún no ha descubierto 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 barata que no ocupa una gran cantidad de 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 una precisión ligeramente menor.
«Si lo consideramos 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», explica David, científico de la Universidad de Chicago y codirector de el proyecto PAN. Molinero dijo en un comunicado. «Nuestro método es como hacer un escaneo profundo de 100.000 estaciones de radio, en lugar de solo unas pocas».
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Un pequeño experimento para abordar un gran problema
La materia oscura representa un gran problema para los científicos porque, aunque constituye alrededor del 85% de la materia del universo y su influencia impide que las galaxias se separen mientras giran, no tenemos idea de de qué está hecha.
Esto se debe en parte a que la materia oscura es efectivamente invisible; no parece interactuar con la luz, ya sea emitiendo o reflejando fotones estándar. Esta falta de interacción electromagnética sugiere que la materia oscura no está formada por los protones, neutrones y electrones que forman los objetos de “materia normal” como estrellas, planetas, lunas, nuestros cuerpos y el gato de al lado.
Aunque nuestros telescopios no pueden detectar directamente la materia oscura, ésta influye en las estrellas, las galaxias e incluso la luz a través de sus interacciones con la gravedad. Entonces los astrónomos pueden decir que hay algo, pero no saben qué es. Saber qué buscar y exactamente dónde buscar es un asunto diferente.
«Estamos muy seguros de que algo está ahí, pero hay muchas, muchas formas que podría adoptar», dijo Miller.
Esta confusión ha llevado a los científicos a buscar diferentes partículas con propiedades extrañas que podrían componer la materia oscura. Uno de esos candidatos es el axión, una partícula hipotética con una masa extremadamente pequeña. Si existieran axiones, podrían interactuar con el llamado fotón oscuro del mismo modo que la materia cotidiana interactúa con fotones «ordinarios». Esta interacción podría inducir ocasionalmente la creación de un fotón visible en determinadas circunstancias.
BREAD es una antena parabólica coaxial con forma de tubo metálico curvo que se puede colocar sobre una mesa. El experimento está diseñado para capturar fotones y canalizarlos hacia un sensor en un extremo para buscar un subconjunto de posibles axiones.
En el experimento BREAD a gran escala, el equipo se colocará dentro de un fuerte campo magnético, lo que, según el equipo, 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 duró un mes en la Universidad de Chicago y proporcionó algunos datos interesantes, lo que despertó el apetito del equipo por el experimento a gran escala. Los resultados de la prueba mostraron que BREAD era altamente sensible en el rango de frecuencia para el que el equipo lo diseñó.
«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 tanto en una mesa como en enormes aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que se extiende a 27 kilómetros (17 millas) de profundidad debajo de la frontera entre Francia y Suiza.
«Este logro representa un hito para nuestro concepto, y demuestra por primera vez el poder de nuestro enfoque», dijo Stefan Knirck, becario postdoctoral del 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, pero aún así tener un gran impacto en la física de partículas moderna».
La siguiente fase del experimento BREAD consistirá en transportar el aparato a las instalaciones magnéticas 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 que nuevas ideas creativas aborden estas preguntas», concluyó Miller. «Creo que este es un ejemplo realmente distintivo de este tipo de ideas creativas: en este caso, asociaciones colaborativas e impactantes entre la ciencia a pequeña escala en las universidades y la ciencia a gran escala en los laboratorios nacionales».
La investigación del equipo se detalla en un artículo publicado a finales del mes pasado en la revista Cartas de revisión física.
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