¿QUÉ ES LA MATERIA
OSCURA ?
Dicen que las obras musicales más difíciles de interpretar son, por lo general, las más simples. Lo mismo ocurre en el ámbito de la ciencia: preguntas como "de qué está hecho el universo" evaden incluso a los físicos más brillantes.
Pero esto puede cambiar. Esta
semana, el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, el acelerador europeo de
partículas localizado en la frontera franco-suiza, volverá a funcionar tras una
pausa por mantenimiento y modernización de dos años.
Cuando lo haga, las partículas se
chocarán al doble de energía de la que la estaba disponible en los gloriosos
días del descubrimiento del bosón de Higgs.
Se anticipa -o se espera- que el
aumento de su potencia permita finalmente revelar la identidad de la "materia
oscura", una entidad invisible pero crítica que conforma alrededor de un
cuarto del universo.
Cuando ocurre lo que no debería
La materia oscura apareció en el
radar de la mayoría de los científicos en 1974, gracias a las observaciones de
la astrónoma estadounidense Vera Rubin, quien notó que las estrellas que
orbitan alrededor de los agujeros negros en el centro de las galaxias en
espiral como la nuestra lo hacen a la misma velocidad, independientemente de la
distancia a la que se encuentran del centro.
Esto no debería ocurrir, y no pasa
aparentemente en sistemas comparables como nuestro Sistema Solar, en el que la
velocidad de los planetas atrapados por la gravedad de la órbita solar se
ralentiza cuanto más lejos se encuentran de la estrella.
Neptuno, por ejemplo, demora 165
años terrestres en dar una vuelta al Sol.
Esto es lo que nuestro
entendimiento de la gravedad nos dice que debería ocurrir.
Las estrellas observadas por Rubin
moviéndose a la misma velocidad fueron una sorpresa: tenía que haber algo más
allí -que provea más gravedad- de lo que podemos ver. Materia oscura.
La materia oscura, entonces, es un
término genérico para eso (materia) que debe estar allí, pero que no podemos
ver (oscura). Pero los científicos, realmente, no saben qué es.
Esto no quiere decir que no se haya
progresado en el tema. Se cree ahora que la materia oscura no es sencillamente
materia ordinaria formada por gas y polvo de estrellas muertas que es oscura
sólo porque no brilla.
Hay un consenso en que es un miasma
(aún no identificado) de partículas fundamentales como los quarks y los gluones
que conforman los átomos con los que estamos mucho más familiarizados.
Estas partículas
"oscuras" fundamentales se conocen como WIMP, siglas en inglés de
Weakly Interacting Massive Particles, que en español podría traducirse como Partículas
Masivas que Interactúan Débilmente.
Este acrónimo, como el término
"materia oscura", es una descripción de cómo estas formas teóricas se
comportan más que una definición de lo que son.
Lo de la interacción débil
se refiere a
que no tienen mucho que ver con la materia ordinaria.
Como la atraviesa, es muy difícil
detectarla, ya que la materia ordinaria es todo lo que tenemos para hacerlo.
Lo de masivas significa simplemente que tienen masa. No
tiene nada que ver con su tamaño.
Y, partículas, a falta de una mejor definición
significa cosa.
Oscura y también fría
Recapitulando, la materia oscura es
una forma fundamental de partículas con características Wimp.
En teoría, estos WIMPS pueden ser
una serie enorme de cosas, pero el trabajo de Carlos Frenk, profesor de la Universidad de Durham,
en Reino Unido, restringió el rango de búsqueda.
En los años 80, Frenk y sus colegas
anunciaron que la materia oscura debía ser del tipo Wimp, y que además, tenía
que ser "fría".
En su momento fue una propuesta
controvertida. Pero, recientemente, Frenk añadió modelos computarizados a esta
teoría, creando universos.
"Es un proceso simple",
dice. "Lo único que necesitas es gravedad y asumir una pocas cuestiones
básicas".
Dos son clave. Una es que la
materia oscura es de la variedad WIMP y que es fría.
Los universos que surgen de su
computadora son indistinguibles del nuestro, lo cual apoya la teoría de la
materia oscura fría.
Y, porque es parte de la
simulación, puede hacerse visible.
La revelación de lo invisible.
"Casi puedes tocarla", dice entusiasmado Frenk.
La búsqueda del Colisionador
El problema es el "casi".
El hecho es que no puedes tocarla, y por eso encontrarla "en el
ambiente" ha sido, hasta la fecha, imposible. Aun así, debe estar allí y
debe ser una partícula fundamental. Y ahí es donde entra en juego la Gran Colisionador
de Hadrones (GCH).
Lo que ocurren en el GCH es que los
protones son lanzados dentro de un tubo de 27 Kilómetros de
largo en direcciones opuestas.
Una vez que se aceleraron a casi la
velocidad de la luz, colisionan unos con otros.
Esto da lugar a dos cosas. Primero,
hace que los protones se desintegren, revelando quarks, gluones, bosones de
gauge y otras partículas fundamentales de la materia atómica.
Hay 17 partículas en el modelo
estándar de partículas físicas y todas ellas fueron detectadas en el GCH.
Segundo, las colisiones pueden
producir otras partículas más pesadas. Cuando lo hacen, los detectores del GCH
las registran.
Dave Charlton profesor de la Universidad de
Birmingham está a cargo de uno de esos detectores.
"A veces se producen
partículas mucho más masivas. Estas son las que estamos buscando".
Charlton -y todos los demás en el
CERN- las buscan porque podrían ser las partículas que son la materia oscura.
Recreando el Big Bang
Todo suena altamente improbable -la
idea de que la materia ordinaria produce materia que no puedes ver o detectar
con la materia que la hizo- pero tiene sentido en términos del concepto del Big
Bang.
Si la materia oscura existe, se
habría producido durante el Big Bang como todo lo demás.
Y para ver qué se produjo en el Big
Bang, hace falta recrear sus condiciones, y el único lugar en que puedes crear
condiciones bastante similares es en el punto de colisión del GCH.
Cuanto más veloz la colisión, más
cerca estamos de la temperatura del Big Bang.
Todo entonces hace pensar que la
materia oscura puede llegar a producirse en un acelerador de partículas cono el
GCH.
Es más, hay una teoría matemática
que predice que los 17 constituyentes del modelo estándar están apareados con
otras 17 partículas.
Esto se basa en el principio de la
llamada "supersimetría".
John Ellis, físico teórico del
Kings College, en Londres, quien trabaja en el CERN, es un apasionado de la
supersimetría.
Ellis espera que algunas de estas
(todavía teóricas) partículas supersimétricas aparezcan pronto.
"Esperábamos que aparecieran
la primera vez en el GCH, pero no lo hicieron", confiesa.
Lo que eso significa, dice, es que
las partículas supersimétricas deben ser más pesadas de lo pensado y sólo
aparecerán con más energía de la que había disponible hasta ahora.
Dedos cruzados
En la segunda ronda del GCH, las
colisiones se harán al doble de potencia, por eso Ellis tiene la esperanza de
que esta vez aparezcan.
Si lo hacen, finalmente se habrá
resuelto el problema de la materia oscura, junto con otras anomalías en el
modelo estándar de física.
Pero si, como la vez pasada, la
supersimetría no aparece, físicos y astrofísicos tendrán que pensar otras ideas
sobre de qué está hecho el universo.
"Puede que tengamos que
rascarnos la cabeza y empezar de nuevo", admite Ellis.
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@RdzgCarlos
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