La nueva búsqueda de la materia oscura

Hay dos tipos de oscuridad en este mundo. Jodi Cooley los conoce a ambos.

El primer tipo que experimentamos cada vez que cerramos los ojos. Es la oscuridad la que envuelve a la Dra. Cooley y sus colegas mientras viajan al corazón de una mina en funcionamiento para llegar a SNOLAB, una instalación de investigación subterránea ubicada a dos kilómetros bajo la superficie de la Tierra.

Luego está el tipo más misterioso: una oscuridad que no se define por la ausencia de luz sino por su total desconexión del mundo material tal como lo conocemos. Esta es la oscuridad de la materia oscura. Se trata de una sustancia desconocida que, hasta ahora, sólo se ha revelado a través de su influencia gravitacional sobre galaxias distantes. Esto, combinado con otros efectos astronómicos, ha permitido a los científicos estimar que la materia oscura constituye el 85 por ciento de toda la masa del universo. Si eso es cierto, debe existir junto a nosotros, presumiblemente pasando a través de nuestros cuerpos como un viento fantasmal que nunca podrá sentir.

Y SNOLAB puede ser el mejor lugar del mundo para encontrarlo.

Jodi Cooley, física de partículas que se convirtió en directora ejecutiva de SNOLAB en 2022, supervisa uno de los períodos de mayor actividad en los 25 años de historia del laboratorio.

"La ventaja que tenemos sobre la mayoría de los demás laboratorios es la profundidad", dijo el Dr. Cooley, un físico de partículas estadounidense que asumió la dirección de SNOLAB el año pasado.

La enorme sobrecarga de roca es clave para la creciente reputación de SNOLAB como el principal laboratorio subterráneo del mundo, porque puede bloquear los rayos cósmicos que bombardean continuamente la superficie de la Tierra. En un laboratorio convencional, estos abrumarían fácilmente a cualquier detector construido para buscar algo tan raro y sutil como el susurro de una partícula de materia oscura.

Cuando se combina con el personal de apoyo experto que dirige el laboratorio y una infraestructura supervisada por la empresa minera Vale, Ltd., el sitio ofrece una rara oportunidad de sondear la naturaleza del universo de una manera que ni siquiera el telescopio espacial en órbita más poderoso puede hacerlo.

Esto no es física como se describe en la película Oppenheimer de Christopher Nolan, donde los científicos corren para darse cuenta de lo que saben que será una nueva forma de energía o un arma de un poder sin precedentes. Lo que está en juego en la búsqueda de materia oscura es algo más fundamental. Encontrarlo significaría abrir la puerta a una comprensión más profunda de las leyes que sustentan nuestra existencia y que dan forma a la evolución del cosmos. Es inimaginable a dónde podría llevar ese conocimiento dentro de un siglo. Sin embargo, en el corto plazo, es casi seguro que conduciría a un Premio Nobel.

"Si tuviéramos una detección positiva, si fuéramos los primeros, creo que el premio estaría en camino", dijo el Dr. Cooley.

No es un alarde vano. A principios de la década de 2000, cuando el laboratorio era conocido como el Observatorio de Neutrinos de Sudbury, los científicos realizaron aquí mediciones innovadoras que luego le valieron un Nobel. En aquel entonces, su presa eran los neutrinos solares, partículas subatómicas fugaces nacidas en el núcleo del sol que llegan a la Tierra minutos después y pueden deslizarse a través de roca sólida para hacer sonar un detector subterráneo.

La contribución clave del laboratorio fue ayudar a demostrar que los neutrinos transportan una pequeña cantidad de masa y pueden cambiar, como un camaleón, de un tipo a otro. Esto es crucial para el marco más amplio del Modelo Estándar de física de partículas: la teoría que predice el comportamiento de los quarks, electrones, neutrinos y todos los demás componentes básicos del mundo material que los científicos han descubierto, junto con las fuerzas que gobiernan sus interacciones. .

Pero el Modelo Estándar no tiene lugar para la materia oscura, que la mayoría de los físicos sospechan que es una categoría completamente diferente de partícula, o partículas, que tienen poca o ninguna capacidad para interactuar con cualquier otra cosa excepto a través de la gravedad. Suponiendo que puedan detectarse, esto los hace extremadamente difíciles de encontrar.

El modelo estándar de física de partículas.

Todas las partículas descubiertas.

por los físicos hasta ahora, así como las fuerzas que

existen entre ellos, se predicen y se tienen en cuenta.

previsto por el modelo estándar, incluido el

Bosón de Higgs, descubierto en 2012. No existe

espacio en el modelo para una partícula de materia oscura.

El descubrimiento de tal partícula abriría el camino

puerta a nuevas leyes de la física y a una comprensión más profunda

Teoría de la materia.

GENERACIONES DE MATERIA

quarks

leptones

arriba

encanto

arriba

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extraño

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electrón

muón

Sí

electrón

neutrino

muón

neutrino

Sí

neutrino

Los quarks arriba y abajo forman protones y neutrones. Juntos, protones, neutrones y electrones forman los átomos que representan casi toda la materia que experimentamos en la vida cotidiana.

PORTADORES DE FUERZA

Bosones de calibre

bosones escalares

C

gramo

h

fotón

pegamento

Higgs

w

z

?

bosón W

bosón Z

oscuro

asunto

MURAT YUKSELIR / EL GLOBO Y EL CORREO

El modelo estándar de física de partículas.

Todas las partículas que han sido descubiertas por la física.

cistas hasta el momento, así como las fuerzas que existen entre

ellos, son predichos y contabilizados por la Norma

Modelo, incluido el bosón de Higgs, descubierto en 2012.

No hay lugar en el modelo para una partícula de materia oscura.

El descubrimiento de tal partícula abriría la puerta a

nuevas leyes de la física y una teoría más profunda de la materia.

GENERACIONES DE MATERIA

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Los quarks arriba y abajo forman protones y neutrones. Juntos, protones, neutrones y electrones forman los átomos que representan casi toda la materia que experimentamos en la vida cotidiana.

PORTADORES DE FUERZA

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MURAT YUKSELIR / EL GLOBO Y EL CORREO

El modelo estándar de física de partículas.

Todas las partículas descubiertas por los físicos hasta ahora, así como las fuerzas que existen entre ellas.

ellos, son predichos y explicados por el Modelo Estándar, incluido el bosón de Higgs, descubierto en

2012. No hay lugar en el modelo para una partícula de materia oscura. El descubrimiento de tal partícula

Abrir la puerta a nuevas leyes de la física y a una teoría más profunda de la materia.

GENERACIONES DE MATERIA

PORTADORES DE FUERZA

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Los quarks arriba y abajo forman protones y neutrones. Juntos, protones, neutrones y electrones forman los átomos que representan casi toda la materia que experimentamos en la vida cotidiana.

MURAT YUKSELIR / EL GLOBO Y EL CORREO

En los últimos años, los científicos que trabajan en laboratorios subterráneos de todo el mundo, incluido SNOLAB, han probado varios medios para detectar la materia oscura. Pero como posibilidades que alguna vez se consideraron más prometedoras han dado resultados negativos, los investigadores han tenido que ampliar su plan de juego.

"El estado actual de la búsqueda es realmente interesante", dijo Daniel Baxter, científico asociado del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi en Batavia, Illinois, que ha participado en dos experimentos separados de materia oscura en SNOLAB. "La perspectiva es mucho más acerca de considerar tantas ideas y técnicas como sea posible".

Ahora, SNOLAB está comenzando un nuevo capítulo en la búsqueda de materia oscura con el ensamblaje de la Búsqueda de Materia Oscura Súper Criogénica, cuyas piezas comenzaron a llegar al laboratorio subterráneo en mayo. Construido en la Universidad de Stanford, SuperCDMS está financiado por el Departamento de Energía de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Canadiense para la Innovación. También participan investigadores de Europa y la India. Con un precio de 42 millones de dólares, es fácilmente la empresa más ambiciosa de SNOLAB desde los primeros años y el comienzo de una nueva fase en la búsqueda global de materia oscura.

"Este es realmente importante para el laboratorio", dijo el Dr. Cooley. "Para esta generación de SNOLAB, esta es una gran apuesta".

Acceder a las instalaciones de SNOLAB requiere viajar dos kilómetros bajo tierra y luego caminar casi la misma distancia a través del complejo minero. Antes de entrar, los visitantes deben lavarse las botas, ducharse y ponerse ropa limpia para reducir la posibilidad de que entre polvo en el laboratorio subterráneo ultraclaro.

SNOLAB ha crecido desde que se construyó por primera vez en una cámara de roca ahuecada en la década de 1990. Pero un viaje al laboratorio aún conserva la sensación de un viaje mítico al inframundo.

Tanto los científicos como los invitados primero se ponen equipo apropiado para minas, incluidas botas de seguridad, monos y faros, luego se apiñan en la “jaula” (un gran ascensor al aire libre) que los baja rápidamente por un pozo a una distancia vertical equivalente a la altura de cuatro torres CN.

La presión del aire aumenta notablemente con el descenso. Cuando la jaula alcanza el nivel de SNOLAB, aquellos que se dirigen al laboratorio desembarcan y caminan a través de los túneles de la mina por una distancia casi tan larga como la profundidad del laboratorio. A lo largo del camino, un potente sistema de ventilación mantiene el aire en movimiento rápidamente y evita que se caliente hasta los 42 grados de temperatura de las rocas circundantes.

Si bien el laboratorio está bien protegido de los rayos cósmicos, toda la arena de roca que los científicos y visitantes trituran en su camino hacia el laboratorio crea un desafío aparte. Cada mota perdida puede contener un rastro de radiactividad natural que es inofensiva para las personas pero que puede alterar un experimento con partículas sensibles. Para mantener dicha contaminación al mínimo, quienes ingresan al laboratorio primero deben despojarse de su equipo y ropa de minas, luego ducharse, lavarse el cabello y ponerse la ropa limpia que les proporciona el laboratorio. Luego están listos para ingresar a SNOLAB, donde el aire es más limpio que el quirófano de un hospital.

Una inmersión profunda en la materia oscura

Se han realizado varias búsquedas de partículas de materia oscura.

realizado en SNOLAB, una instalación canadiense

ubicado en una mina cerca de Sudbury, Ontario, donde

La roca superpuesta protege los detectores sensibles de

rayos cósmicos. El último experimento, llamado

SuperCDMS, consta de 24 sensores ultrafríos

paquetes dispuestos en cuatro “torres”. La experiencia

ment se asienta sobre una plataforma especialmente diseñada que

reduce las vibraciones y está aún más protegido por

capas de materiales que pueden bloquear partículas de

Materia ordinaria generada por radiactividad natural.

ty en los alrededores. En teoría, una oscuridad pasajera.

partícula de materia puede penetrar el blindaje para

ocasionalmente interactúan con un átomo en el detector.

tor, cambiando momentáneamente sus propiedades eléctricas.

corbatas.

ontario

Sudbury

Ruta 144

Snolab

Carretera Municipal 55

Transcanadiense

Carretera

3km

EXPERIMENTO SuperCDMS

Blindaje

Snobox

Detector

torres

Sísmico

plataforma

TORRE DE DETECTORES

50cm

35mm

DETECTOR

Cobre

alojamiento

superconductor

sensor

MURAT YÜKSELIR / EL GLOBO Y EL CORREO, FUENTE: SNOLAB; SLAC NACIONAL

LABORATORIO DE ACELERADORES; MAPA DE CALLE ABIERTO

Una inmersión profunda en la materia oscura

Se han realizado varias búsquedas de partículas de materia oscura.

realizado en SNOLAB, una instalación canadiense ubicada en un

mina cerca de Sudbury, Ontario, donde la roca suprayacente

protege los detectores sensibles de los rayos cósmicos. Lo último

experimento, llamado SuperCDMS, consta de 24 unidades ultrafrías

Paquetes de sensores dispuestos en cuatro “torres”. La experiencia

ment se asienta sobre una plataforma especialmente diseñada que reduce

vibraciones y está además protegido por capas de material.

También puede bloquear partículas de materia ordinaria generadas.

por la radiactividad natural del entorno. En teoría, un

Las partículas de materia oscura que pasan pueden penetrar el blindaje.

interactuar ocasionalmente con un átomo en el detector,

cambiando momentáneamente sus propiedades eléctricas.

ontario

Sudbury

Ruta 144

Snolab

Carretera Municipal 55

Transcanadiense

Carretera

3km

EXPERIMENTO SuperCDMS

Blindaje

Snobox

Detector

torres

Sísmico

plataforma

TORRE DE DETECTORES

50cm

35mm

DETECTOR

Cobre

alojamiento

superconductor

sensor

MURAT YÜKSELIR / EL GLOBO Y EL CORREO, FUENTE: SNOLAB; LABORATORIO NACIONAL ACELERADOR SLAC;

MAPA DE CALLE ABIERTO

Una inmersión profunda en la materia oscura

Se han realizado varias búsquedas de partículas de materia oscura en SNOLAB, una instalación canadiense ubicada en un

mina cerca de Sudbury, Ontario, donde la roca suprayacente protege los detectores sensibles de los rayos cósmicos. Lo último

El experimento, llamado SuperCDMS, consta de 24 paquetes de sensores ultrafríos dispuestos en cuatro "torres". La experiencia

ment se asienta sobre una plataforma especialmente diseñada que reduce las vibraciones y está además protegida por capas de ma-

Materiales que pueden bloquear partículas de materia ordinaria generadas por la radiactividad natural en el entorno. En

En teoría, una partícula de materia oscura que pasa puede penetrar el blindaje para interactuar ocasionalmente con un átomo en

el detector, cambiando momentáneamente sus propiedades eléctricas.

ontario

Sudbury

Ruta 144

Snolab

Carretera Municipal 55

Transcanadiense

Carretera

3km

EXPERIMENTO SuperCDMS

Blindaje

Snobox

Detector

torres

Plataforma sísmica

TORRE DE DETECTORES

DETECTOR

Cobre

alojamiento

superconductor

sensor

35mm

50cm

MURAT YÜKSELIR / EL GLOBO Y EL CORREO, FUENTE: SNOLAB; LABORATORIO NACIONAL ACELERADOR SLAC;

MAPA DE CALLE ABIERTO

La instalación cuenta con 5.000 metros cuadrados de espacio de sala limpia distribuidos en una serie de cavernas, la mayoría de las cuales serían lo suficientemente anchas para pasar una camioneta si fueran la mitad. Pero los corredores llenos de equipos son evidencia de que SNOLAB nunca ha estado más ocupado, particularmente después de la pandemia, cuando el acceso estuvo muy restringido y muchos proyectos se retrasaron.

Si bien se ha diversificado en los últimos 20 años, el laboratorio sigue siendo un importante centro de física de neutrinos. Su detector más grande, llamado SNO+, contiene 7.000 toneladas de agua alrededor de una esfera acrílica gigante con 780 toneladas de centelleador líquido, un fluido que emite luz cada vez que un neutrino al pasar desencadena una reacción. Si una estrella se convierte en supernova en algún lugar de la Vía Láctea, SNO+ ya habrá captado los neutrinos que emite incluso antes de que la explosión sea visible para los astrónomos.

Actualmente, un total de 11 de los 21 experimentos activos o planificados en este lugar implican de alguna manera la búsqueda de materia oscura. Sin saber qué es la materia oscura, hasta ahora los científicos sólo pueden descartar lo que no es, basándose en la masa de las partículas y la probabilidad de interacción. Cada experimento que resulta vacío apunta la búsqueda en una dirección diferente. La emoción de la persecución nunca disminuye, dijo el Dr. Cooley, “simplemente nos entusiasmamos con cosas diferentes”.

La primera pista de la existencia de materia oscura se detectó lejos de SNOLAB, en el Observatorio Mount Wilson, cerca de Los Ángeles. Fue allí, a principios de la década de 1930, donde el astrónomo suizo-estadounidense Fritz Zwicky notó por primera vez algo raro en un cúmulo gigante de galaxias ubicado a más de 300 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Coma Berenices.

Como abejas en un enjambre, las galaxias del cúmulo están en movimiento unas alrededor de otras, unidas por su atracción gravitacional mutua. Pero Zwicky se dio cuenta de que las galaxias se movían lo suficientemente rápido como para separarse, basándose en la masa total que contenían y la gravedad que esto generaría. Para explicar la discrepancia, Zwicky razonó que tenía que haber mucha más masa en el cúmulo de la que era evidente a partir de las galaxias por sí solas.

En la década de 1970, el curioso resultado se había convertido en un gran misterio. Cuando Vera Rubin, astrónoma del Instituto Carnegie de Washington, realizó minuciosas mediciones de las rotaciones de docenas de galaxias espirales, descubrió que las galaxias se comportaban como si fueran al menos cinco veces más masivas de lo que parecían.

Se propusieron varios candidatos para explicar la masa faltante. Nada en el modelo estándar de la materia se ajusta a los requisitos, en parte porque la materia normal tiende a agruparse y emitir energía en forma de luz visible, infrarroja u ondas de radio. Incluso si la materia oscura estuviera formada enteramente por agujeros negros (un objeto tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitacional), el gas interestelar que se acumula a su alrededor revelaría su presencia.

"La materia oscura actúa de una manera como nada en el Modelo Estándar", dijo Katie Mack, astrofísica del Instituto Perimeter de Astrofísica Teórica en Waterloo, Ontario, que estudia el papel de la materia oscura en el universo temprano. "Lo que queda es una gama realmente amplia de posibilidades y la necesidad de encontrar formas creativas de distinguirlas".

Si la materia oscura es una partícula no descubierta, debe ser inmune al electromagnetismo, la fuerza que une las partículas de materia regular en átomos y moléculas y les permite liberar energía en forma de luz. Es esta inmunidad la que permite que las partículas de materia oscura vuelen a través de la materia normal, como granos de arena que atraviesan una valla metálica.

Por otro lado, la materia oscura debe sentir la fuerza de la gravedad, porque transporta masa -mucha- con efectos que pueden verse a escala cósmica. Sin embargo, esto no es de utilidad para los investigadores de SNOLAB, porque la atracción gravitacional de una sola partícula es demasiado pequeña para detectarla en un experimento de laboratorio.

Con la esperanza de detectar la materia oscura más directamente, los físicos apuestan por que ésta se vea afectada por otra fuerza, conocida como fuerza débil. La fuerza débil sólo actúa a un alcance extremadamente corto. Para sentir sus efectos, dos partículas deben estar separadas por menos de una milmillonésima de milmillonésima de metro. El desafío es que estas interacciones son tan poco frecuentes que es más fácil imaginar a dos golfistas en extremos opuestos de un campo de prácticas realizando tiros simultáneos que chocan en el aire. Para mejorar sus probabilidades, los científicos deben hacer que sus detectores sean lo más grandes y sensibles posible.

SuperCDMS no es el experimento de materia oscura más grande jamás construido, pero sí el más sensible en un rango que, hasta ahora, ha sido poco explorado. Debido a las predicciones teóricas y también al hecho práctico de que las partículas más pesadas tienden a ser más fáciles de encontrar, la mayoría de las búsquedas de materia oscura han tendido a centrarse en partículas que son cientos o miles de veces más pesadas que un protón (un punto de comparación conveniente en la física de partículas). . Por el contrario, SuperCDMS es más adecuado para encontrar partículas de materia oscura del orden de una a diez veces la masa de un protón. Si la materia oscura está formada por tales partículas, los cálculos muestran que cientos de ellas deberían pasar por el experimento en cada momento. La pregunta clave, sin respuesta, es qué probabilidad hay de que interactúen con el detector.

En el corazón de SuperCDMS hay 24 discos de silicio y germanio del tamaño de la palma de la mano que se enfrían a una temperatura no superior a tres centésimas de grado por encima del cero absoluto. En ese punto, los átomos vibrantes que forman una red dentro de cada disco metálico están casi inmóviles. En tal estado, si solo un núcleo atómico es golpeado por una partícula de materia oscura, el retroceso debería extenderse a través de la red, interrumpiendo el flujo de electricidad en un material superconductor que está grabado en la superficie del disco. De esta forma, como una minúscula mosca que inclina una balanza, la partícula de materia oscura hará notar su presencia.

"Una de las cosas de las que estamos realmente orgullosos es de nuestro bajo umbral de energía", dijo Andy Kubik, un físico experimental que trabaja en las pruebas y el ensamblaje de SuperCDMS en SNOLAB. "Los experimentos con la materia oscura se han vuelto tan avanzados y hemos descartado tanto espacio que realmente tenemos que volvernos tan sensibles para poder buscar nuevos territorios".

SuperCDMS comenzó su viaje a SNOLAB en mayo, cuando la mitad de los discos metálicos que componen el experimento completo fueron cuidadosamente embalados en un camión y conducido desde Stanford en California hasta Sudbury. En lugar de tomar la ruta más directa, el camión tomó un viaje más largo y más al sur para evitar los pasos de alta montaña donde el hardware del experimento podría estar expuesto a una mayor cantidad de rayos cósmicos y correr el riesgo de una ligera degradación en su rendimiento.

Los discos llegaron preensamblados en dos "torres", estructuras de medio metro de altura que se ubicarán en el centro del experimento de trabajo. Está previsto que las dos torres restantes lleguen a Sudbury a finales de este otoño.

Dos torres de detectores que constituyen la mitad de SuperCDMS llegaron a SNOLAB en mayo y están listas para realizar pruebas e instalación en el experimento. Las dos torres restantes se esperan para este otoño.

Cuando estén en funcionamiento, las torres se enfriarán y protegerán detrás de capas de plomo, cobre, polietileno y agua. Todo el aparato también descansará sobre una plataforma especialmente diseñada que lo aísla de las vibraciones del laboratorio. El objetivo es reducir cualquier posible fuente de ruido de fondo que pueda enmascarar una señal. Si existe materia oscura en el rango para el que está diseñado el experimento, podría registrar varias detecciones por año.

El truco será reconocer esas detecciones para que los miembros del equipo puedan convencerse a sí mismos y a los demás de que han encontrado algo real.

Miriam Diamond, miembro del equipo y física de la Universidad de Toronto que se ha estado preparando para el análisis, dijo que las señales que ella y su colega están interpretando del experimento serán de naturaleza electrónica, pero similares en concepto a los terremotos en miniatura que mueven el planeta. Aguja en un sismógrafo.

"Tenemos una plantilla que básicamente nos dice qué forma tendría nuestro evento de señal", dijo el Dr. Diamond. Pero la aparición de una de esas señales por sí sola no será suficiente para demostrar que existe materia oscura. Más bien será una acumulación estadística de tales acontecimientos la que será la clave para un resultado positivo.

La prueba completa de SuperCDMS todavía está entre un año y 18 meses después de su funcionamiento, pero a medida que las torres se enfrían y se prueban durante su instalación, existe la posibilidad de que puedan detectar algo interesante ya este otoño. Con el experimento a punto de completarse, la atmósfera que lo rodea se ha vuelto similar a la preparación de una gran producción de Broadway, dijo el Dr. Diamond: una acumulación de tensión y emoción antes de que se levante el telón.

Coto de caza

La búsqueda en curso de materia oscura ha

ya descartadas algunas posibilidades, basadas

sobre la masa de la materia oscura potencial

partícula y qué tan cerca tendría que estar

acercarse a una partícula de materia ordinaria para

una interacción que tendrá lugar dentro de un detector.

colina. El experimento SuperCDMS está impulsando

hacia un nuevo territorio en el extremo más claro de

lo que ya se ha buscado. como el

mejora la sensibilidad de los detectores,

la búsqueda podría eventualmente dar con el “neutrino”

niebla”: el límite en el que las interacciones

entre un detector y los neutrinos que pasan

enmascarará los efectos de la materia oscura.

Eje vertical: Tamaño del área de interacción con la materia ordinaria (cm al cuadrado)

Eje horizontal: masa de una partícula de materia oscura (en relación con la masa de un protón)

-42

10

Área a ser

explorado por

SuperCDMS

ya gobernado

fuera por anterior

experimentos

-44

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Limite de

actual

búsquedas

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10

Niebla de neutrinos

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10

1/10

10x

100x

1000x

10.000x

1/100

la masa

de un protón

igual a la

masa de un

protón

100.000x

la masa de

un protón

MURAT YÜKSELIR / THE GLOBE AND MAIL, FUENTE: COLABORACIÓN SUPERCDMS

Coto de caza

La búsqueda en curso de materia oscura ya ha

Descartó algunas posibilidades, basadas en la masa de

la posible partícula de materia oscura y qué tan cerca está

tendría que acercarse a una partícula de ordinario

Es importante que una interacción tenga lugar dentro de un

detector. El experimento SuperCDMS está impulsando

hacia un nuevo territorio en el extremo más ligero de lo que ha

ya ha sido buscado. Como la sensibilidad de la detección

mejora, la búsqueda eventualmente puede llegar al

“niebla de neutrinos”: el límite en el que las interacciones

entre un detector y los neutrinos que pasan

enmascarar los efectos de la materia oscura.

Eje vertical: Tamaño del área de interacción con la materia ordinaria (cm al cuadrado)

Eje horizontal: Masa de partícula de materia oscura.

(relativo a la masa de un protón)

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Área a ser

explorado por

SuperCDMS

ya gobernado

fuera por anterior

experimentos

-44

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Limite de

actual

búsquedas

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Niebla de neutrinos

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igual a la

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protón

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la masa de

un protón

Coto de caza

La búsqueda en curso de materia oscura ya ha descartado algunas posibilidades, basándose en la masa de la

partícula potencial de materia oscura y qué tan cerca tendría que acercarse a una partícula de materia ordinaria para

que una interacción tenga lugar dentro de un detector. El experimento SuperCDMS está avanzando hacia un nuevo territorio en

el final más ligero de lo que ya se ha buscado. A medida que mejora la sensibilidad de los detectores, la búsqueda

puede llegar a alcanzar la “niebla de neutrinos”, el límite en el que las interacciones entre un detector y un detector que pasa

Los neutrinos enmascararán los efectos de la materia oscura.

Eje vertical: Tamaño del área de interacción con la materia ordinaria (cm al cuadrado)

Eje horizontal: masa de una partícula de materia oscura (en relación con la masa de un protón)

-42

10

Área a explorar

Por SuperCDMS

Ya descartado por

experimentos previos

-44

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Límite de corriente

búsquedas

Niebla de neutrinos

-48

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la masa

de un protón

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igual a la

masa de un

protón

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la masa de

un protón

MURAT YÜKSELIR / THE GLOBE AND MAIL, FUENTE: COLABORACIÓN SUPERCDMS

Quienes participan en el experimento también saben que es posible que no se encuentre nada en absoluto. Las partículas de materia oscura simplemente pueden ser demasiado ligeras para que SuperCDMS las detecte o pueden no sentir la fuerza débil, en contra de las expectativas. También existe la posibilidad, planteada por algunos investigadores, de que la materia oscura no exista y que los movimientos anómalos de las galaxias puedan ser motivo de modificación de la teoría actual de la gravedad.

Pero cada vez que se enciende un nuevo detector, también existe la posibilidad de que se revele una partícula de materia oscura que pasa. Y ahora que SuperCDMS se encuentra en la mitad de su instalación, los científicos de SNOLAB esperan poder experimentar pronto ese momento.

Para la Dra. Cooley, que creció en Wisconsin, mudarse al norte de Ontario desde su puesto académico anterior en Texas fue como un regreso a casa. Pero bajo tierra, se trata de adentrarse en territorio desconocido. Después de una carrera que la ha llevado hasta el Polo Sur para realizar experimentos de física de partículas, la oportunidad de estar en SNOLAB durante un momento de posible avance científico es emocionante, independientemente del resultado.

"Estamos tratando de aumentar el conocimiento", dijo el Dr. Cooley. “Pero para mí no se trata sólo de la respuesta al final. Es todo el viaje”.