Nuevo detector ayudará el la búsqueda de la materia oscura

La herramienta de calibración revelará cuándo se detectan las hipotéticas partículas.

Existen varios proyectos de investigación en proceso para tratar de determinar qué partículas forman la misteriosa “materia oscura” que se cree que domina la masa del universo. Pero los detectores actuales tienen un problema: También captan las partículas de materia común – veloces neutrones que se enmascaran como esquivas partículas de materia oscura a los instrumentos que están diseñados para encontrarla.

Vista del interior de un detector de neutrones en desarrollo en el Laboratorio de Ciencia Nuclear del MIT. Jocelyn Monroe, se ve a través del detector. Imagen / Donna Coveney

La físico del MIT Jocelyn Monroe tiene una solución. Un nuevo detector que ella y sus estudiantes han construido acaba de pasar las primeras pruebas iniciales la semana pasada en el Laboratorio Nacional de Los Álamos.

Cuando se despliegue en los próximos meses junto a uno de los actuales detectores de materia oscura, el nuevo dispositivo debería identificar todos los neutrones comunes que pasen, dejando que el otro detector capte sólo las candidatas sólidas a la esquiva materia oscura.

“Los experimentos de materia oscura son muy complejos”, explica Monroe, quien ha trabajado en el proyecto con los estudiantes Dianna Cowern y Rick Eyers y con los estudiantes graduados Shawn Henderson y Asher Kaboth. “Están buscando una señal diminuta, procedente de un fenómeno que sucede de forma muy extraña”, la colisión de una partícula de materia oscura con una de materia común, produciendo un diminuto y breve destello de luz.

Tales destellos pueden detectarse colocando un tanque de líquido profundamente bajo la tierra para que haga de escudo de la mayor parte de partículas extraviadas, y entonces iluminar el tanque con tubos fotomultiplicadores que pueden captar incluso los más diminutos estallidos de luz.

El problema es que, incluso enterrado a más de un kilómetro bajo el suelo, los cálculos demuestran que los detectores captarán muchas más colisiones de partículas de materia común que las producidas entre las aún desconocidas de materia oscura. Para ser precisos, las colisiones comunes deberían producirse 10 trillones de veces (19 órdenes de magnitud) más a menudo que las colisiones de materia oscura. Por lo que aprender cómo descartar estas colisiones comunes es clave para encontrar la materia desconocida.

“Estamos tratando de caracterizar el fondo”, explica Monroe. “Estamos haciendo medidas precisas del espectro de energía de los neutrones de fondo”. Comprendiendo la naturaleza e intensidad de este fondo, hará posible diseñar escudos más efectos de material que mantenerlos alejados de los detectores.

Y haciendo funcionar los dos detectores al mismo tiempo, cada vez que una señal sea vista en el detector de neutrones, puede descartarse con seguridad en el detector de materia oscura si se ve en él de forma simultánea. Sólo cuando el detector de materia oscura vea algo que no pueda ver el detector de neutrones, habrá una posibilidad de que una de las esquivas partículas de materia oscura hayan sido encontradas.

Nadie sabe de qué está hecha la materia oscura, pero los astrónomos están seguros de que está ahí debido a la forma en que su atracción gravitatoria tira sobre el resto de materia visible en el espacio. Esto les permite determinar cuánta cantidad de misteriosa materia hay fuera – más de cinco veces la cantidad de materia común – pero no de qué está hecha.

Los teóricos han aparecido con una variedad de candidatos, pero los principales contendientes son un tipo de partículas subatómicas conocidas como WIMPS – partículas masivas de interacción débil. Estos son un tipo de partículas que, incluyendo una llamada neutralino, deberían ser detectables en los experimentos de profundidad.

“Creo que probablemente en los próximos cinco años, alguien verá un candidato” para una partícula de materia oscura, dice Monroe. Aunque algunos experimentos ya han afirmado ver posibles pruebas de materia oscura, hasta el momento esos resultados “son sorprendentes y sin confirmar”, dice Monroe, y no han sido aceptados por la mayor parte de científicos.

Para probar el nuevo detector, Monroe y sus estudiantes usaron el Laboratorio Nacional de Los Álamos, donde se expuso a una fuente de neutrones de forma que se pudiese calibrar con precisión su sensibilidad. Una vez se complete el análisis de sus pruebas, el dispositivo se enviará a un laboratorio subterráneo, muy probablemente al planificado Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de la Profundidad Subterránea. Esa instalación, aunque aún no consolidada, se instalaría en la Mina Homestake, un complejo minero de oro muy profundo en Dakota del Sur, y uno de sus objetivos multidisciplinarios es proporcionar la localización más profunda del mundo para la detección de materia oscura cósmica.

La investigación estuvo patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia.

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Autor: David Chandler
Fecha Original: 10 de diciembre de 2008
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Vía Ciencia Kanija