Comienza una enorme búsqueda subterránea de misteriosa materia oscura

Dos investigadores caminan a través de un antiguo túnel minero hacia lo que ahora es la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Lead, S.D., el 8 de diciembre de 2019. El laboratorio alberga un detector de materia oscura. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro a una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:AP Photo/Stephen Groves

En una antigua mina de oro a una milla bajo tierra, dentro de un tanque de titanio lleno de un raro gas licuado, los científicos han comenzado la búsqueda de lo que hasta ahora ha sido imposible de encontrar:la materia oscura.

Los científicos están bastante seguros de que la materia invisible constituye la mayor parte de la masa del universo y dicen que no estaríamos aquí sin ella, pero no saben qué es. La carrera para resolver este enorme misterio ha llevado a un equipo a las profundidades de Lead, Dakota del Sur.

La pregunta para los científicos es básica, dice Kevin Lesko, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. "¿Qué es este gran lugar en el que vivo? En este momento, el 95 % es un misterio".

La idea es que una milla de tierra y rocas, un tanque gigante, un segundo tanque y el titanio más puro del mundo bloquearán casi todos los rayos cósmicos y las partículas que nos rodean y atraviesan todos los días. Pero las partículas de materia oscura, creen los científicos, pueden evitar todos esos obstáculos. Esperan que uno vuele hacia la tina de xenón líquido en el tanque interno y se estrelle contra un núcleo de xenón como dos bolas en un juego de billar, revelando su existencia en un destello de luz visto por un dispositivo llamado "cámara de proyección de tiempo".

Los científicos anunciaron el jueves que la búsqueda de cinco años y $ 60 millones finalmente comenzó hace dos meses después de un retraso causado por la pandemia de COVID-19. Hasta ahora el dispositivo no ha encontrado... nada. Al menos nada de materia oscura.

Esta foto proporcionada por el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford muestra el detector central LZ en la sala limpia del Centro de Investigación Subterráneo de Sanford después del ensamblaje, antes de comenzar su viaje subterráneo en Lead, S.D. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro a una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility vía AP

Está bien, dicen. El equipo parece estar trabajando para filtrar la mayor parte de la radiación de fondo que esperaban bloquear. "Para buscar este tipo de interacción tan raro, el trabajo número uno es deshacerse primero de todas las fuentes ordinarias de radiación, que abrumarían el experimento", dijo el físico Carter Hall de la Universidad de Maryland.

Y si todos sus cálculos y teorías son correctos, creen que solo verán un par de señales fugaces de materia oscura al año. El equipo de 250 científicos estima que obtendrán 20 veces más datos en los próximos dos años.

Para cuando termine el experimento, la posibilidad de encontrar materia oscura con este dispositivo es "probablemente inferior al 50 % pero superior al 10 %", dijo Hugh Lippincott, físico y portavoz del experimento en una conferencia de prensa el jueves.

Esta foto proporcionada por el Centro de Investigación Subterránea de Sanford muestra el detector externo LZ, utilizado para vetar la radiactividad que puede imitar una señal de materia oscura en Lead, S.D. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro a una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility vía AP

Si bien eso está lejos de ser algo seguro, "se necesita un poco de entusiasmo", dijo Lesko de Lawrence Berkeley. "No entras en física de búsqueda rara sin alguna esperanza de encontrar algo".

Dos enormes grúas de la era de la Depresión hacen funcionar un ascensor que lleva a los científicos a lo que se llama el experimento LUX-ZEPLIN en el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford. Un descenso de 10 minutos termina en un túnel con paredes frías al tacto forradas con redes. Pero la mina vieja y mohosa pronto conduce a un laboratorio de alta tecnología donde la suciedad y la contaminación son el enemigo. Los cascos se cambian por unos nuevos más limpios y una doble capa de botines azul celeste se coloca sobre botas de seguridad con punta de acero.

El corazón del experimento es el tanque gigante llamado criostato, dijo el ingeniero principal Jeff Cherwinka en una gira de diciembre de 2019 antes de que se cerrara y llenara el dispositivo. Lo describió como "como un termo" hecho de "quizás el titanio más puro del mundo" diseñado para mantener frío el xenón líquido y mantener la radiación de fondo al mínimo.

Esta foto proporcionada por Sanford Underground Research Facility muestra a los miembros del equipo LZ en el tanque de agua LZ después de la instalación del detector externo en Lead, S.D. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro a una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility vía AP

El xenón es especial, explicó el coordinador de física experimental Aaron Manalaysay, porque permite a los investigadores ver si una colisión es con uno de sus electrones o con su núcleo. Si algo golpea el núcleo, es más probable que sea la materia oscura que todos buscan, dijo.

Estos científicos intentaron un experimento similar y más pequeño aquí hace años. Después de quedarse vacíos, pensaron que tenían que ir mucho más grandes. Otro experimento a gran escala está en marcha en Italia a cargo de un equipo rival, pero hasta ahora no se han anunciado resultados.

Los científicos están tratando de entender por qué el universo no es lo que parece.

Una parte del misterio es la materia oscura, que tiene, con diferencia, la mayor parte de la masa del cosmos. Los astrónomos saben que está ahí porque cuando miden las estrellas y otra materia regular en las galaxias, descubren que no hay suficiente gravedad para mantener juntos estos cúmulos. Si no hubiera nada más ahí fuera, las galaxias estarían "volando rápidamente en pedazos", dijo Manalaysay.

Aaron Manalaysay, coordinador de física del experimento del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, explica cómo el detector subterráneo interactuará con la materia oscura en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Lead, S.D., el 8 de diciembre de 2019. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de misteriosa oscuridad materia en una antigua mina de oro una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:AP Photo/Stephen Groves
Aaron Manalaysay, coordinador de física del experimento del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, explica cómo el detector subterráneo interactuará con la materia oscura en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Lead, S.D., el 8 de diciembre de 2019. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de misteriosa oscuridad materia en una antigua mina de oro una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:AP Photo/Stephen Groves
Un trabajador de laboratorio que usa un traje de cuerpo completo para evitar contaminar el detector de materia oscura trabaja en el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford en Lead, Dakota del Sur, el 8 de diciembre de 2019. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro. una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:AP Photo/Stephen Groves
Un trabajador de laboratorio que usa un traje de cuerpo completo para evitar contaminar el detector de materia oscura trabaja en el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford en Lead, Dakota del Sur, el 8 de diciembre de 2019. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro. una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:AP Photo/Stephen Groves
Investigadores del Centro de Investigación Subterráneo de Sanford en Lead, Dakota del Sur, analizan las condiciones el 8 de diciembre de 2019 en el laboratorio subterráneo que alguna vez se usó como mina de oro. Los científicos han comenzado una nueva búsqueda de materia oscura misteriosa en una antigua mina de oro a una milla bajo tierra. La materia oscura constituye la gran mayoría de la masa del universo, pero los científicos no saben qué es. Crédito:AP Photo/Stephen Groves

"Es esencialmente imposible entender nuestra observación de la historia, del cosmos evolutivo sin la materia oscura", dijo Manalaysay.

Lippincott, físico de la Universidad de California en Santa Bárbara, dijo que "no estaríamos aquí sin la materia oscura".

Entonces, si bien hay pocas dudas de que existe la materia oscura, hay muchas dudas sobre qué es. La teoría principal es que involucra cosas llamadas WIMP, partículas masivas que interactúan débilmente.

Si ese es el caso, LUX-ZEPLIN podría detectarlos. Queremos encontrar "dónde se pueden esconder los débiles", dijo Lippincott. + Explora más