Cristales subterráneos, potenciales detectores de materia oscura

Los minerales ocultos en las profundidades de la Tierra pueden llevar la marca de colisiones con materia oscura, esta sustancia de naturaleza desconocida que, según los cosmólogos, constituye la mayor parte de la materia total del Universo. Las experiencias para observar estos rastros podrían competir o complementar los esfuerzos en curso para detectar directamente la materia oscura.

Los científicos, utilizando detectores elaborados, enterrados profundamente bajo tierra, han estado buscando signos de materia oscura durante décadas. Recientemente, La física Katherine Freese y sus colegas de la Universidad de Michigan, a Ann Arbor, sugirió que se podrían usar ciertos minerales como el halito (más comúnmente conocido como sal de roca, y compuesto de cloruro de sodio NaCl) o zabuyelite (carbonato de litio, de fórmula Li2CO3) como detectores «listos para usar».

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Los astrónomos detectan la influencia gravitacional de la materia oscura analizando el movimiento de galaxias y cúmulos galácticos, pero nunca han logrado observarla directamente. La hipótesis más común es que la materia oscura consiste en partículas masivas (WIMPS, acrónimo de Partículas masivas que interactúan débilmente ) que interactúan con la materia «ordinaria» casi solo a través de la gravedad.

La detección directa de la materia oscura intenta identificar los efectos débiles de las colisiones entre los débiles y los núcleos de los átomos de materiales como germanio, silicona o yoduro de sodio, contenidos en un detector.

Tales experimentos deben llevarse a cabo bajo tierra para escapar de los rayos cósmicos que bombardean la superficie de la tierra. Estas partículas de energía también pueden dejar pequeños rastros en el material del detector, lo que desdibujaría cualquier señal potencial de materia oscura. Por el momento, solo un experimento, DAMA / LIBRA en el laboratorio nacional de Gran Sasso, en Italia, afirma haber detectado materia oscura, pero esta acusación no ha sido verificada.

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Núcleo muy profundo

Katherine Freese y sus colegas señalan que la halita y la zabuyelita están enterradas profundamente en la corteza terrestre y, por lo tanto, están protegidas de los rayos cósmicos. Según el estudio del equipo, publicado el mes pasado en el servidor de pre-publicación arXiv, si un debilucho choca con el núcleo de un átomo (sodio o cloro, por ejemplo), la disminución de este último dejaría un rastro en el mineral que oscila entre 1 y 1,000 nanómetros de longitud.

Un experimento consistiría en extraer estos minerales, de unos 500 millones de años, de pozos de perforación de varios kilómetros de largo. Estos pozos ya existen para estudios geológicos o para prospección de hidrocarburos. Los físicos girarían estas rocas extraídas de los pozos, para analizar sus superficies usando un microscopio electrónico o con fuerza atómica, e identificar los rastros que deja el retroceso de los núcleos. También podrían usar escáneres de rayos X o ultravioleta para estudiar fragmentos más grandes de minerales más rápidamente, pero con menor resolución.

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Las posibles colisiones con débiles deberían crear diferentes firmas dependiendo de los elementos de cada mineral, proporcionando así diferentes fuentes de información. «Por ejemplo, el cloruro de sodio está compuesto de sodio y cloro, lo que da múltiples señales para un solo mineral», dice Katherine Freese. «Si efectivamente hay señales de los débiles, entonces será posible determinar qué tipo de debilucho es, a través de su difusión a través del sodio y el cloro». «

Una identidad potencialmente falsa

Esta es una idea muy prometedora, es el entusiasta Dan Hooper, físico de Fermilab ( Fermi National Accelerator Laboratory ) ubicado en Batavia, Illinois. «Aunque todavía hay muchos puntos para revisar antes de que se implemente dicho programa de investigación, no veo nada que pueda evitar su éxito, al menos en principio.».

Otros investigadores siguen siendo más cautelosos, como Juan Collar, de la Universidad de Chicago. A mediados de la década de 1990, los físicos habían pensado en la mica para búsquedas similares de trazas dejadas por la materia oscura. Pero el trabajo de Juan Collar que siguió mostró que la radiactividad del uranio puede crear en la mica rastros imposibles de distinguir de los que dejaron los débiles. Teme el mismo destino para la propuesta de Katherine Freese.

«Este problema no se limita a la mica, sino que concierne a todos los minerales que naturalmente contienen uranio y torio», continúa. «Katherine Freese y sus colegas pueden encontrar minerales donde estos rastros son menos visibles, pero creo que por el momento sus afirmaciones son demasiado optimistas».».

Katherine Freese reconoce que el uranio es un problema. Pero ella y su equipo aún no saben si los minerales estudiados también contendrán uranio o torio. Agrega que sería posible identificar e ignorar la señal característica de una explosión de radiactividad. «Tienes que hacerlo de todos modos e intentar averiguar más», concluye.

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