En una mina de oro abandonada a una milla de Leed, Dakota del Sur, ingenieros y físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison están trabajando en una cámara que contiene 10 toneladas de xenón líquido. Esperan que en una mina subterránea, donde el espacio experimental estará protegido de las partículas solares y la radiación cósmica, puedan detectar la materia oscura por primera vez.
Ya hemos publicado un análisis detallado de lo que puede ser la misteriosa materia oscura desde el punto de vista de la física moderna. La hipótesis inicial apareció en la década de 1930, cuando los astrónomos se dieron cuenta de que la galaxia carece de la fuerza de la gravedad para mantener su estructura solo debido a sus fuentes visibles: estrellas, planetas, agujeros negros, etc. Directamente la propia materia oscura antes hasta el momento no ha sido posible detectarlo, su existencia se dedujo solo con la ayuda de modelos matemáticos gravitacionales. Sin embargo, los astrónomos creen que, de hecho, puede haber cinco veces más materia oscura en el universo que materia visible. El equipo de UW-Madison ha decidido acabar con esta incertidumbre.
El experimento de la mina de oro de Dakota del Sur se llama LUX-ZEPLIN, o LZ para abreviar. Es una versión extendida del experimento anterior Large Underground Xenon (LUX) y del programa de materia oscura ZEPLIN. La idea es detectar una partícula de materia oscura cuando interactúa con un átomo de xenón, provocando una reacción en cadena en la cámara, que eventualmente liberará luz ultravioleta y una ráfaga de electrones. Inmediatamente después de que el xenón líquido se enciende, el gas xenón en la cámara de arriba reaccionará emitiendo electrones y emitiendo un segundo pulso de luz más brillante. Los físicos que trabajan en el proyecto lo describen como una "campana" que sonará cuando se exponga a una partícula de materia oscura.
"Las partículas de materia oscura pueden estar aquí mismo en la habitación, pasando por la cabeza y posiblemente chocando ocasionalmente con algunos átomos", dijo Duncan Carlsmith, profesor de física en UW-Madison, en un comunicado de prensa.
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Representación esquemática del laboratorio subterráneo LUX-ZEPLIN
A principios de este mes, el Departamento de Energía aprobó las etapas finales de la LZ en la mina de oro, oficialmente llamada Centro de Investigación Subterránea de Sanford. Mientras tanto, los investigadores están trabajando con un dispositivo prototipo más pequeño para garantizar que cuando la "gran" LZ se lance en 2020, no sea susceptible a interferencias.
Para asegurarse de que nada más que la materia oscura interactúe con el xenón líquido, el equipo está construyendo dos cámaras externas diseñadas para detectar y eliminar cualquier partícula contaminante. La cámara se llenará con 10 toneladas de xenón líquido y más de 500 tubos fotomultiplicadores, tubos de vacío, que son detectores de luz ultrasensibles y controlarán la LZ. Si algo más que la materia oscura perturba el resto del xenón, los detectores deberán mostrar que se trata de una falsa alarma.
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Tan pronto como esté lista la instalación en la mina subterránea y se inicie el experimento, solo queda esperar. Los físicos buscarán partículas masivas que interactúen débilmente, o WIMP, que son los hipotéticos bloques de construcción de la materia oscura. Se cree que la mayoría de las veces los WIMP atraviesan materia ordinaria sin dejar rastro, pero ocasionalmente pueden chocar con partículas ordinarias.
Los participantes del proyecto LUX-ZEPLIN han reunido una copia en miniatura de la futura instalación. Antes de realizar un experimento global, debe probarlo en un modelo más pequeño y caro.
LZ permanecerá encendido durante al menos cinco años, pero todos esperan que pueda detectar WIMP por primera vez o excluirlos como una sustancia etérea que forma la materia oscura. Otros experimentos en el Centro IceCube de Astrofísica de Partículas de Wisconsin, así como proyectos en Italia y China, están llevando a cabo sus propios experimentos para encontrar evidencia directa de la existencia de materia oscura. Los físicos de UW-Madison también están utilizando el Gran Colisionador de Hadrones en un intento de detectar la materia oscura, que se crea cuando chocan partículas de alta energía. ¡La carrera por los descubridores de la materia oscura está en pleno apogeo!
Si podemos encontrar y medir esta sustancia, lograremos una mayor comprensión de cómo funciona el universo que nunca. Es posible que la materia oscura represente más del 25 por ciento de todo el cosmos, y una vez que descubrimos las propiedades específicas del material, puede revelar secretos que han permanecido ocultos durante mucho tiempo.
