experimentos de detección directa

El universo nos envía señales constantemente, pero muchas son demasiado débiles para percibirlas. Los neutrinos reliquia —partículas que quedaron del Big Bang— atraviesan la Tierra por miles de millones cada segundo, pero atrapar al menos uno es una hazaña al borde de lo posible.

En el hielo antártico se esconde un detector del tamaño de un kilómetro cúbico. No capta luz, sino partículas fantasma: los neutrinos. Pero a veces puede aparecer una bestia muy distinta: un par de muones que nacen juntos y se dispersan en un amplio abanico. Ese patrón no puede dibujarlo ninguna partícula conocida de la materia ordinaria.

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

264 kilómetros por segundo: a esa velocidad el sistema solar atraviesa una nube de materia oscura. Su existencia fue delatada por las galaxia: giraban demasiado rápido para que la masa visible las mantuviera unidas, y Vera Rubin fue la primera en sospechar un armazón oculto.

A las nueve de la mañana, el detector DarkSide-50 a 1400 metros bajo el monte Gran Sasso registra un débil pulso de ionización. A las once de la noche, la frecuencia de estos eventos disminuye notablemente. No es un fallo electrónico ni una variación estacional del fondo.

El universo resuena con silencio. La mayor parte de la materia — alrededor del 85% — permanece invisible, manifestándose solo a través de la gravedad. Vera Rubin ya demostró que las galaxias giran como si estuvieran envueltas en una masa invisible.

La materia oscura es el arquitecto invisible del Universo, que evita que las galaxias se dispersen. Gracias a Fritz Zwicky y Vera Rubin sabemos que la materia ordinaria en el cosmos es solo una ínfima impureza. Pero, ¿qué se esconde detrás de esta materia oscura?

Las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros suenan como acordes graves, los púlsares marcan el ritmo y la radiación cósmica de fondo nos trae ecos del Big Bang. Pero hay un intérprete silencioso: la materia oscura, cuya presencia solo se revela por sus efectos gravitacionales.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

Un gran tanque subterráneo con xenón líquido espera un evento raro: el empujón de una partícula de materia oscura. Normalmente, la gravedad es demasiado débil para que ese empujón se note.

Los detectores de materia oscura son, en esencia, micrófonos de sensibilidad increíble, capaces de oír un susurro en medio del estruendo de un concierto de rock. Su tarea es captar los raros empujones de las hipotéticas partículas de materia oscura que, se cree, chocan ocasionalmente con los núcleos de la materia ordinaria.

Una bola de billar choca contra otra. Impacto, y las bolas salen despedidas. Pero si el empujón no es brusco, sino muy suave, las bolas simplemente ruedan juntas sin rebotar. Algo parecido le ocurre a un átomo cuando lo golpea una partícula de materia oscura.

Una fotografía antigua, tomada en el momento del nacimiento del universo, nos trae su luz desde hace casi 14 mil millones de años. Esta imagen es la radiación cósmica de fondo, el eco enfriado del Big Bang. En ella quedaron registradas las mínimas irregularidades de las que más tarde crecieron las galaxias.

La historia comenzó hace casi un siglo, cuando Edwin Hubble demostró que las galaxias se alejan, y Fritz Zwicky y Vera Rubin comprendieron después que para explicar sus movimientos era necesaria una masa invisible: la materia oscura.

Una piedra lanzada al agua deja círculos. Un satélite que orbita la Tierra también deja una huella, pero no en el agua, sino en las leyes de la física. Su órbita no es una línea fija: gira lentamente, como la manecilla de un reloj gigante. Parte de esa rotación se explica por la gravedad ordinaria, pero cada vez hay más indicios de que algo más está interviniendo: algo invisible y omnipresente.

En una habitación oscura, una cuenta de vidrio del tamaño de una mota de polvo cuelga de un rayo láser. Debajo hay dos espejos: uno de aluminio y otro de plata. Si cerca pasan axiones —ligeras partículas invisibles que podrían constituir la misteriosa materia oscura—, estos intercambian axiones con los átomos de los espejos y la cuenta se desplaza ligeramente.

La materia oscura aún escapa a la observación directa, aunque su gravedad mantiene unidas a las galaxias. Una hipótesis: está compuesta de axiones, partículas muy ligeras predichas por la teoría.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

Un detector lleno de helio-4 superfluido se asemeja a un lago perfectamente tranquilo. El líquido no chapotea ni burbujea: permanece inmóvil en un único estado cuántico. A través de él atraviesa un visitante invisible: una partícula de materia oscura. Ella misma no brilla ni deja rastro.

Un batido de frutas se prueba con dos pajitas diferentes. Una deja pasar solo los trozos grandes, la otra solo el líquido. Por separado, las sensaciones engañan, pero juntas dan la clave: aquí parece plátano, y aquí, fresa.

Una estrella de neutrones es el núcleo muerto de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su material pesa como una montaña.

Los detectores convencionales de materia oscura se parecen a un portero de fútbol que espera un disparo potente, pero el balón apenas rueda. Las partículas invisibles que llenan nuestra galaxia a menudo se mueven demasiado despacio para que los sensores sensibles las noten.

Una nube fría de átomos se parece a un enjambre de luciérnagas que se sienten atraídas entre sí. La atracción entre los átomos intenta reunirlos en una masa densa. Pero el temblor cuántico —el movimiento inevitable de las partículas— impide que la masa colapse. Cuando la atracción es fuerte, la nube se divide en cúmulos separados.

Bajo tierra, en una antigua mina de oro, hay un tanque con xenón líquido. Si una partícula de materia oscura lo atraviesa, el xenón destella. Pero también destella con partículas ordinarias, como neutrinos o restos de radiactividad. El desafío es saber qué destello proviene de la materia oscura y cuál es ruido.

La materia oscura es una masa invisible que mantiene unidas las galaxias. Se desconoce su naturaleza, pero uno de los candidatos más probables es el axión, una partícula ultraligera que casi no interactúa con la materia. Para atraparlo, los físicos han creado una trampa híbrida.

Un diminuto superconductor, levitando sobre un imán, es como un corcho en la superficie de un océano invisible. El más leve soplo de materia oscura lo hace temblar. Los científicos analizaron dos tipos de ese «viento».

El detector de materia oscura es como una habitación donde intentan escuchar un susurro, mientras cerca crepita la electricidad estática. Este crepitar lo producen los átomos de radón, un gas radiactivo que se filtra de los materiales y del aire.

El universo se mantiene unido por un armazón invisible de materia oscura. Tal vez una parte de ella sean fotones oscuros, copias fantasmales de la luz que atraviesan la materia. El experimento Dandelion convirtió un espejo esférico en un oído supersensible: recoge los fotones oscuros y los traduce al lenguaje de las ondas de radio.

En las transiciones nucleares del berilio-8, helio-4 y carbono-12, los físicos de la colaboración ATOMKI vienen observando desde 2020 eventos de más — como si en la desintegración de un núcleo excitado a veces naciera algo más, además de los fotones habituales. La energía de ese «algo» es siempre la misma: unos 17 millones de electronvoltios.

Una bala que no atraviesa un solo blanco, sino que deja su huella en varias capas de blindaje. Así se comporta aproximadamente la materia oscura superpesada que se ha buscado por primera vez en el detector DarkSide-50.

La materia oscura es invisible, pero se puede atrapar en el rebote. El hidrógeno incrustado en una película de carbono actúa como una bola de billar: cuando una partícula de materia oscura lo golpea, el protón sale disparado. Esa salida es la señal que se busca.

Las galaxias se alejan, pero la velocidad de expansión, medida por el resplandor posterior al Big Bang y por las explosiones de supernovas, no coincide; este problema se conoce como tensión de Hubble. Como dos bailarines que pierden el ritmo porque no se sienten el uno al otro.

Plomo antiguo, que permaneció en el fondo del mar durante dos mil años, se ha convertido en el corazón de un detector que busca la sustancia más esquiva del universo. Con él se cultivó un cristal transparente de wolframato de plomo de 13 gramos de masa y se enfrió casi hasta el cero absoluto.

Desde que Vera Rubin demostró de manera convincente por primera vez que las galaxias están rodeadas de materia invisible, la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los principales objetivos de la física.

La materia oscura es una sustancia invisible que mantiene unidas a las galaxias, pero que hasta ahora se escapa de la observación directa.

El láser de rayos X LCLS-II en California dispara destellos cortos y potentes, como un estroboscopio en una discoteca. Entre destellos quedan pausas oscuras de 26,9 nanosegundos (milmillonésimas de segundo).

La energía oscura y la materia oscura son los directores invisibles del cosmos. Normalmente se las considera independientes, pero un nuevo estudio propone verlas como compañeras de baile. La líder — energía oscura — cambia la masa de las partículas de materia oscura.

La materia oscura es una sustancia invisible que mantiene unidas a las galaxias, pero no emite luz. Atrapar sus partículas es como escuchar un susurro en una sala ruidosa. Los detectores comunes solo oyen los golpes fuertes, mientras que las señales débiles se ahogan entre el ruido.

La materia oscura es una sustancia invisible, cinco veces más abundante en el universo que la materia ordinaria. Sus partículas apenas tocan los átomos, pero de vez en cuando pueden rozar un electrón, como una cuerda acariciada por el viento.

En el laboratorio DESY se puso en marcha el experimento ALPS II para buscar axiones, unas hipotéticas partículas fantasma que podrían formar la materia oscura. Esta masa invisible actúa como un armazón que evita que las galaxias se dispersen debido a la rotación.