La materia oscura, una sustancia invisible que de alguna manera constituye más del 80 por ciento de toda la materia del universo, es un fenómeno que frustrantemente elude a los científicos. A pesar de ser buscada durante décadas y de proporcionarnos pistas de que efectivamente existe, la materia oscura nunca ha sido detectada directamente.
Pero ahora, el Laboratorio Subterráneo de China Jinping (CJPL), coronado como la instalación subterránea más grande y profunda del mundo después de su fase mejorada, CJPL-II, promete llevar a los científicos un paso más allá. Entró en funcionamiento a principios de diciembre del año pasado.
Construido dentro de túneles reutilizados que atraviesan las montañas Jinping en la provincia china de Sichuan, el laboratorio está enterrado bajo 2.400 metros (1,49 millas) de roca. La razón de su ubicación profunda y solitaria es que tanta roca puede reducir el ruido de fondo encontrado en los datos de materia oscura, típicamente inducido por cosas como rayos cósmicos (otro espacio misterio para otro momento.)
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Distribuidas en 330.000 metros cúbicos, las enormes nuevas instalaciones albergan dos detectores de materia oscura mejorados. El laboratorio también tiene un acceso horizontal excepcional. “Se puede conducir un autobús hasta las cavernas”, dijo mecha haxtonprofesor de física en la Universidad de California, Berkeley, que visitó el CJPL-II y el laboratorio original, y estuvo en el comité asesor del laboratorio hasta el año pasado.
Este impresionante aspecto “hace que la construcción de grandes instalaciones subterráneas sea menos costosa y más eficiente”, afirmó Haxton. “No creo que exista ningún otro sitio que combine tanta profundidad con tal acceso”.
Detectando lo invisible
Los científicos creen que el contenido de materia oscura que impregna nuestro universo no experimenta muchas de las interacciones que tienen las partículas cargadas, como protones y los electrones, lo que significa que las partículas que se cree que componen la misteriosa sustancia podrían muy bien deslizarse a través de ella. TierraSe mueven y pasan a través de detectores ubicados incluso debajo de la superficie en el laboratorio Jinping de China.
Después de todo, una característica clave de la materia oscura es el hecho de que no interactúa con la luz, a diferencia de la materia “normal” o bariónica, compuesta de protones y electrones. En realidad, es por eso que es completamente invisible para nosotros.
Sin embargo, en el laboratorio, los científicos esperan que posibles partículas de materia oscura colisionen con el material de los detectores diseñados para detectar estas elusivas partículas. En Jinping, esta búsqueda está encabezada por dos experimentos de materia oscura, denominados Experimentos de partículas y xenón astrofísico (PandaX) y Experimento de materia oscura de China (CDEX).
Posibles partículas de materia oscura que colisionan átomos La cantidad de xenón líquido mantenida por el detector PandaX sería señalizada por los sensores como destellos de luz. Mientras tanto, el detector de germanio de mayor sensibilidad de CDEX etiquetaría estas misteriosas partículas como señales eléctricas. La idea es que, incluso si casi todas las partículas de materia oscura pasan zumbando por los detectores, al menos una entrará accidentalmente en contacto con cualquiera de ellas.
Específicamente, los detectores están buscando un candidato líder en materia oscura llamado DEBILES (abreviatura de partículas masivas que interactúan débilmente), una clase hipotética de partículas predichas hace más de tres décadas que han eludió los experimentos más sensibles hasta ahora. Su presencia, conocida sólo a través de la fuerza nuclear débil y gravedadestá dentro de la comprensión de cómo pensamos el universo evolucionado. En 2021, sin embargo, los detectores WIMP más sensibles del mundo en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia y en Jinping reportó un hallazgo nulo.
Otra alternativa importante para la partícula de materia oscura son los axiones, también una categoría de partículas hipotéticas que se cree que inundan el universo y se comportan exactamente como la materia oscura. Quedan otras interpretaciones exóticas, como la teoría popular, pero no confirmada, de que las partículas de materia oscura interactúan de alguna manera entre sí (materia oscura autointeractiva o SIDM).
Los expertos en materia oscura dicen que el laboratorio Jinping mejorado también podría ayudar a responder preguntas más fundamentales, como si las “partículas” realmente constituyen materia oscura. Una noción comúnmente aceptada es que materia oscura está compuesto principalmente de partículas subatómicas aún no detectadas (o de un grupo de ellas). pero alternativo Teorías populares (pero imperfectas) de la gravedad. que no requieren que la materia oscura esté formada por partículas persisten.
“En un nivel básico, no lo sabemos porque nunca hemos detectado una interacción entre partículas”, dijo Mateo Walker, astrofísico de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania. Por muy ambicioso que sea el objetivo, detectar una partícula de materia oscura resolvería el problema de una vez por todas. “Para mí, eso es lo más importante que este experimento podría hacer”.
“Los apoyo”, añadió. “Hemos estado esperando mucho tiempo aprender qué es la materia oscura.”