La materia oscura representar\u00eda alrededor del 25% de la composici\u00f3n del Universo, donde un 5% conformar\u00eda la materia visible normal, tambi\u00e9n denominada materia bari\u00f3nica y, aproximadamente un 70% ser\u00eda energ\u00eda oscura. La mayor\u00eda de los f\u00edsicos le atribuye a su existencia el rol de mantener la cohesi\u00f3n de las galaxias. Esas estructuras del Universo giran a una velocidad tan elevada que, si estuvieran compuestas solamente por materia normal, se habr\u00edan desintegrado hace ya mucho tiempo. Solamente la gravedad generada por la porci\u00f3n visible del Cosmos no resulta suficiente para mantener unidas a las galaxias. Por ende, necesariamente debe existir alguna forma de materia que no interact\u00fae con la luz y que tenga un efecto gravitacional mucho mayor que el de la parte visible del conjunto de galaxias. Esa forma fue denominada con el nombre gen\u00e9rico de materia oscura. \u201cLas part\u00edculas de material oscuro nos atraviesan\u201d arriesga la f\u00edsica argentina Graciela Gelmini, de la Ucla, que estudia part\u00edculas candidatas a ser reconocidas como materia oscura. \u201cEllas se desplazar\u00edan por toda la galaxia a velocidades de unos 300 kil\u00f3metros por segundo (k\/s)\u201d.<\/p>\n
En 1998, un grupo italiano anunci\u00f3 que hab\u00eda detectado la materia oscura, pero ese hallazgo nunca pudo confirmarse<\/p><\/blockquote>\n
La velocidad a la que la materia oscura se desplazar\u00eda desestima algunas posibilidades y restringe los tipos de part\u00edculas que podr\u00edan constituirla. La mayor\u00eda de los modelos cosmol\u00f3gicos prev\u00e9 que la materia oscura ser\u00eda fr\u00eda, o acaso tibia. \u201cLa existencia de materia oscura caliente qued\u00f3 descartada mediante las observaciones cosmol\u00f3gicas\u201d, explica el f\u00edsico Rog\u00e9rio Rosenfeld, del Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica de la Universidade Estadual Paulista (IFT-Unesp). El concepto de materia oscura fr\u00eda o c\u00e1lida est\u00e1 asociado a la velocidad de esas part\u00edculas misteriosas. La materia oscura caliente se desplazar\u00eda a velocidades relativistas, cercanas a la de la luz, que es de alrededor de 300 mil k\/s, mientras que la fr\u00eda se mover\u00eda a una velocidad muy inferior. \u201cEmpero, si la materia oscura se desplazara a velocidades relativistas, la materia bari\u00f3nica no se habr\u00eda concentrado y originando la distribuci\u00f3n de galaxias y c\u00famulos de galaxias que conocemos\u201d, comenta Rosenfeld, quien participa en el Dark Energy Survey (DES), un estudio internacional que mapea las estructuras visibles del Universo, como son las galaxias y estrellas.<\/p>\n
En enero de este a\u00f1o, un grupo de cient\u00edficos del DES publicaron en la versi\u00f3n online<\/em> del peri\u00f3dico cient\u00edfico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society<\/em> el mayor mapa de la concentraci\u00f3n de la materia mediante el empleo de la t\u00e9cnica denominada lentes gravitacionales d\u00e9biles. Este m\u00e9todo permite inferir la presencia de materia oscura por medio de una peque\u00f1a distorsi\u00f3n que la misma provoca en la trayectoria de la luz proveniente de las galaxias lejanas. \u201cPudimos observar la deformaci\u00f3n causada en las im\u00e1genes de esos objetos\u201d, describe la f\u00edsica Fl\u00e1via Sobreira, de la Universidad de Campinas (Unicamp), quien participa en el DES y es una de las autoras del estudio. \u201cEsos datos apuntalan la idea de que la materia oscura es fr\u00eda\u201d. En el estudio se mapearon im\u00e1genes de las 26 millones de galaxias visibles en el hemisferio sur, alrededor de las cuales se detectan halos de materia oscura. Los datos de la observaci\u00f3n del Cosmos no pretenden identificar posibles part\u00edculas que puedan ser constituyentes de la materia oscura, sino que aportan algunos par\u00e1metros importantes para orientar la b\u00fasqueda. Seg\u00fan Rosenfeld, los estudios recientes sugieren que la menor masa posible de la materia oscura templada compatible con la distribuci\u00f3n conocida de la materia visible en el Cosmos ser\u00eda un mill\u00f3n de veces menor que la del prot\u00f3n, del orden de unos 5 mil electronvoltios (eV). Las Wimps no podr\u00edan ser tan livianas, pero los neutrinos est\u00e9riles, un tipo hipot\u00e9tico de part\u00edculas elementales, podr\u00edan tener masas as\u00ed de peque\u00f1as. El problema reside en que tampoco hay indicios de la existencia de ese tipo de neutrinos. La b\u00fasqueda de la esencia de la materia oscura se centra entonces en la detecci\u00f3n de Wimps.<\/p>\n
A. Brigatti\/ INFN-MI <\/span><\/a> El detector del que consta el experimento DarkSide-50, en Italia, que busca part\u00edculas del tipo WimpA. Brigatti\/ INFN-MI <\/span><\/p><\/div>\n
La interacci\u00f3n con dos fuerzas<\/strong>
\nLos modelos cosmol\u00f3gicos dominantes contemplan que, si las Wimps fueran las constituyentes de la materia oscura, la masa de esas part\u00edculas ser\u00eda equivalente a la de al menos 100 protones. El problema radica en que los f\u00edsicos buscan desde hace m\u00e1s de 20 a\u00f1os part\u00edculas en torno a ese rango de masa y no han encontrado nada. Sin embargo, algunos modelos recientes empezaron a considerar la posibilidad de que la materia oscura pueda estar constituida por Wimps con masas menores, de menos de 10 GeV. Algunos experimentos, como el DarkSide-50, que fue concebido para intentar detectar Wimps con masas superiores a 10 GeV, comenzaron entonces a buscar part\u00edculas que pudieran encajar en esa definici\u00f3n. Las teor\u00edas m\u00e1s aceptadas sobre las Wimps contemplan que dichas part\u00edculas interactuar\u00edan entre s\u00ed y con la materia normal tan s\u00f3lo por medio de dos de las cuatro fuerzas que componen la f\u00edsica: la gravedad y la interacci\u00f3n d\u00e9bil (ligada a los procesos de decaimiento del n\u00facleo at\u00f3mico o decaimiento beta). No estar\u00edan sujetas a los efectos del electromagnetismo ni de la fuerza nuclear fuerte (interacci\u00f3n fuerte).<\/p>\nEl DarkSide-50, en operaci\u00f3n desde 2013, cuenta con un detector compuesto por una c\u00e1mara que contiene 50 kilogramos de arg\u00f3n l\u00edquido. Junto con el xen\u00f3n y, en ocasiones, el germanio, ese elemento es uno de los m\u00e1s utilizados en los experimentos subterr\u00e1neos de b\u00fasqueda de las Wimps. El dispositivo ser\u00eda capaz de detectar los destellos lum\u00ednicos que producen los choques de part\u00edculas materiales con el n\u00facleo de esos elementos. \u201cEl xen\u00f3n es el m\u00e1s utilizado, pero el arg\u00f3n tiene un costo 400 veces menor y hace posible la construcci\u00f3n de detectores m\u00e1s baratos\u201d, comenta Albuquerque. Para 2021, el proyecto DarkSide, que est\u00e1 coordinado por el Instituto Nacional de F\u00edsica Nuclear de Italia y por la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, contempla la instalaci\u00f3n de un nuevo detector, en este caso m\u00e1s potente, que contendr\u00e1 20 toneladas de arg\u00f3n.<\/p>\n
La elecci\u00f3n de instalar esos dispositivos bajo tierra es una forma de evitar que las se\u00f1ales asociadas a la materia oscura se confundan con contaminaciones provenientes del espacio o de la atm\u00f3sfera. Tan s\u00f3lo en un sitio en el mundo, a alrededor de 1.400 metros debajo de las monta\u00f1as del macizo Gran Sasso, en los Apeninos, Italia, hay seis experimentos independientes de grupos diferentes que buscan posibles part\u00edculas de materia oscura: Xenon100, Sabre, Dama, Cresst, Cosinus y el ya mencionado DarkSide.<\/p>\n
Dag Larsen\/ IceCube\/ NSF <\/span><\/a> El observatorio IceCube, en los alrededores del Polo Sur, estudia posibles interacciones entre Wimps y neutrinosDag Larsen\/ IceCube\/ NSF <\/span><\/p><\/div>\n
La prospecci\u00f3n de Wimps tambi\u00e9n puede darse en forma indirecta. \u00c9ste es el caso del proyecto IceCube, coordinado por la Universidad de Wisconsin-Madison, de Estados Unidos, que est\u00e1 proyectado para estudiar neutrinos, un tipo de part\u00edcula elemental con masa despreciable producto de eventos astron\u00f3micos altamente energ\u00e9ticos. El proyecto consta de una red de detectores subterr\u00e1neos distribuidos en el interior de un bloque de un kil\u00f3metro c\u00fabico de hielo en la Ant\u00e1rtida, cerca del Polo Sur. El IceCube ser\u00eda capaz de detectar los neutrinos que surgir\u00edan de posibles interacciones de Wimps con el Sol. Por el momento, al igual que en el resto de los experimentos, no se ha detectado nada significativo.<\/p>\n
Hasta ahora, el experimento Dama fue el que obtuvo la noticia m\u00e1s espectacular al respecto de la materia oscura. En 1998, f\u00edsicos de la Universidad de Roma Tor Vergata anunciaron que hab\u00edan descubierto una Wimp, con una masa de alrededor de 10 GeV, que ser\u00eda materia oscura. Los cient\u00edficos italianos habr\u00edan registrado una se\u00f1al estacional, cuyo pico m\u00e1ximo se producir\u00eda alrededor de comienzos del mes de junio, en su detector basado en cristales de yoduro de sodio activados por talio, una tecnolog\u00eda diferente a la empleada en la mayor\u00eda de los experimentos. La se\u00f1al oscilar\u00eda en funci\u00f3n de las caracter\u00edsticas de la \u00f3rbita terrestre, que atravesar\u00eda una \u201cr\u00e1faga\u201d de materia oscura, en direcciones opuestas, dependiendo de la \u00e9poca del a\u00f1o, mientras cumple gira alrededor del Sol.<\/p>\n
Carlos H. Faham<\/span><\/a> El tanque del experimento Lux, que usa un detector con xen\u00f3n l\u00edquido para la b\u00fasqueda de materia oscuraCarlos H. Faham<\/span><\/p><\/div>\n
Sin embargo, nadie pudo jam\u00e1s reproducir los resultados obtenidos por el Dama que, con nuevos detectores, sigue funcionando en los d\u00edas actuales. El f\u00edsico Nelson Carlin Filho, del IF-USP, participa en un experimento surcoreano, denominado Cosine-100, que comenz\u00f3 a recabar datos en el mes de septiembre de 2016. La iniciativa emplea la misma tecnolog\u00eda de detecci\u00f3n del Dama e intentar\u00e1 confirmar o refutar los resultados del proyecto italiano. \u201cTendremos que aguardar dos a\u00f1os hasta empezar a obtener los primeros resultados\u201d, comenta Carlin Filho.<\/p>\n
Proyectos<\/strong>
\n1.<\/strong> Detecci\u00f3n directa de materia oscura y el experimento DarkSide (n\u00ba 16\/09084-0<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigadora responsable<\/strong> Ivone Albuquerque (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 102.060,36
\n2.<\/strong> B\u00fasqueda de materia oscura: Wimps y fotones oscuros (n\u00ba 17\/02952-0<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigador responsable<\/strong> Nelson Carlin Filho (USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 155.820,64<\/p>\n
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