Buscando la Materia Oscura en los Aceleradores

Las galaxias son los bloques básicos que forman el universo; son como los ladrillos que forman una casa. Y, al igual que los ladrillos están compuestos por partículas más pequeñas (granos de arena), las galaxias están formadas por estrellas. Nuestro Sol es una estrella más en nuestra galaxia, muy importante para nosotros porque está muy cerca y nos da luz y calor, pero nada más. Es una estrella como las demás de la Vía Láctea, que está formada por 200.000 millones de estrellas, el Sol entre ellas.

Las estrellas de una galaxia no están quietas; están en movimiento girando siempre alrededor del centro de la galaxia. Si estuvieran quietas, la atracción gravitatoria haría que inmediatamente cayeran hacia el centro de la galaxia: es lo mismo que les pasaría a la Tierra y a los demás planetas si dejaran de girar en torno al Sol, caerían hacia el Sol.

Lo que nos preguntamos en concreto es ¿cómo giran las estrellas de una galaxia? La respuesta es muy fácil: usando las leyes de Newton, exactamente igual que las usamos para estudiar el movimiento de los planetas alrededor del Sol, deducimos que deben girar en órbitas circulares o elípticas alrededor del centro de masas (el centro galáctico). Las estrellas más lejanas irán más despacio (tardarán mucho tiempo en dar una vuelta completa a la galaxia); las más cercanas, más rápido. El Sol, que es una estrella ni muy cercana al centro galáctico ni muy alejada (está, aproximadamente, a 2/3 de radio galáctico, hacia afuera) emplea unos 250 millones de años en completar una vuelta. Pero estos números no son lo importante ahora. Lo importante es que podemos calcular con mucha exactitud los movimientos de las estrellas en cualquier galaxia usando las leyes de Newton (en realidad ni siquiera son necesarias las correcciones relativistas de Einstein, ya que las velocidades estelares, pocos cientos de km/s, son mucho menores que la velocidad de la luz; Newton es, a todos los efectos, exacto aquí).

La rotación de las galaxias se observó por primera vez en 1914, y desde entonces se ha medido con gran precisión en muchas galaxias, no sólo en la Vía Láctea. La gran sorpresa surgió cuando, en 1975, se pudo medir la velocidad de giro de las estrellas que ocupan posiciones muy alejadas del centro: esas estrellas van muchísimo más rápido que lo que les correspondería por las leyes de Newton (es como si los planetas más alejados, por ejemplo Neptuno y Plutón, orbitaran mucho más deprisa de lo que calculamos con las leyes de Newton). El hecho es que esto ocurre no en una, sino en muchas galaxias donde hemos podido medir su rotación: las partes externas de las galaxias giran mucho más deprisa que lo que esperamos. ¿Por qué ocurre eso? No se sabe.

      Tampoco sabemos si es la materia oscura la que nos trae hacia nosotros a nuestra vecina Andrómeda

Desde hace treinta años, los astrofísicos se enfrentan a este dilema: o bien las galaxias tienen mucha materia que no vemos, pero que causa una fuerte atracción gravitatoria sobre las estrellas externas (que por ello orbitarían tan rápido) o bien ni la ley de la gravedad de Newton ni la de Einstein serían válidas para esas regiones externas de las galaxias. Las dos opciones son revolucionarias para la física: la primera implica la existencia de materia oscura en el universo (materia que no vemos pero que sí afecta al movimiento de las estrellas y galaxias), y la segunda implica que una ley básica (la de Newton/Einstein de la gravitación) es incorrecta. En el momento actual, no sabemos cual de esas dos opciones es la buena (podrían incluso ser buenas las dos, es decir, que existiera materia oscura y además que la teoría de Newton/Einstein estuviera mal. No creom que sea ese el problema, debe haber una tercera opción desconocida que debemos encontrar). La gran mayoría de los astrofísicos prefieren explicarlo con la materia oscura (un camino cómodo y fácil) antes que dudar de las leyes de la gravitación de Newton/Einstein. Esto no es sólo cuestión de gustos, es que las leyes de la gravitación funcionan con una increíble exactitud en todos los demás casos donde las hemos puesto a prueba (en los laboratorios, en las naves espaciales y los vuelos interplanetarios, en la dinámica del Sistema Solar, etc.).

Este problema de la materia oscura (si es que realmente existe y no es que las leyes de Newton sean incompletas) es uno de los más importantes con los que se enfrenta la astrofísica hoy en día (texto de Cosmo-Educa).

Últimamente están saliendo a la luz estudios diversos (algunos contradictorios) en relación a la (posible presencia) de materia oscura todeando las galaxias.

Usando una de las más poderosas supercomputadoras del mundo para simular el halo de materia oscura que envuelve a nuestra galaxia, unos investigadores han encontrado densos grumos y filamentos de la misteriosa materia oscura ocultándose en las regiones internas del halo, en el mismo vecindario que nuestro Sistema Solar.

“En simulaciones anteriores, esta región resultó lisa, pero ahora tenemos suficientes detalles para ver los grumos de materia oscura”. La permanete contradicción nos hace dudar de lo que realmente pueda haber alrededor de las galaxias y cúmulos de galaxias. Y, la materia oscura es la salida más cómoda para explicar lo que desconocemos.

Parece obvio que la cuestión de la naturaleza de la materia oscura no se puede dejar reposar hasta que alguien, algún proyecto, obtenga una respuesta que, de ser posible, venga acompañada de un buen “pedazo” de esa materia que, seguramente, encontraremos finalmente en el laboratorio.

Está muy bien generar nuevas teorías y mostrar que la materia oscura se debe comportar de este modo o de aquel otro, pero hasta que podamos aislar algo de esa materia y realmente verla comportándose como se supone que debe hacerlo, muchos no estaremos satisfechos.

Si estamos pendientes de las noticias especializadas, todos quieren su parte del pastel y dicen haber hallado, por fín, la dichosa materia oscura, unos en forma de filamentos y otros en un tenue material “invisible” que sólo se deja detectar por su incidencia en el movimiento de las estrellas, las galaxias y, en la expansión misma del Universo entero, ya que, estamos hablando de más del 90 por ciento (entre materia y energía oscura) de toda la materia que, supuestamente existe en nuestro universo.

No sería de extrañar que, finalmente, sean los Aceleradores de Partículas los que harán el trabajo y localizaran esas partículas componentes de la supuesta materia oscura (o lo que pueda ser) que, de existir, tendrá que estar formada por objetos pequeños al igual que la materia conocida y, aunque éstos puedan tener otras propiedades extrañas para nosotros, en procesos de grandes energías se podrá llegar hasta ellos y quedar al descubierto para que los podamos ver.

Todos sabemos como funcionan estos inmensos aparatos. Son instrumentos que produce un haz de partículas -ya sean protones, electrones o cualquier otra- que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. Dirigidas a un objetivo en alguna de las colisionesw resultantes, parte de la energía del haz será convertida (E =mc²) en la masa de nuevas partículas. No importa lo improbable que pueda ser que una partícula se produzca en tal reacción, si tenemos suficiente energía en el haz y esperamos pacientemente, más pronto o más tarde veremos lo que estamos esperando. La esperanza de los experimentadores actuales es que esto será verdad y se produzca la aparición de las partículas que copmponen la materia oscura, como aparecieron otras en el pasado.

El descomunal conglomerado técnico del LHC, cuanta con energías hasta hace bien poco impensables, es decir, podrá llegar hasta los 14 TeV, pero, ¿será suficiente esa energía para encontrar la materia oscura? Por otra parte, no será nada fácil el hallazgo por este método ya que, los candidatos más exóticos para la materia oscura de los que hemos hablado en estos días pasados, no se pueden producir aisladamente, sino que siempre deben ser creados por pares. Las teorías nos dicen, por ejemplo, que no podemos producir un único fotino aislado en ninguna reacción iniciada por el impacto de un electrón o un fotón sobre la materia ordinaria. Igualmente, no podremos producir un único selectrón, sino que debemos producir un par; un selectrín y un antiselectrón. En efecto, esto divide por la mitad la energía disponible para la conversión en masa en cualquier acelerador, pues la energía debe ser compatible para para ambos miembros del par.

Somos capaces de bautizar “al niño” antes de su nacimiento. Así de impulsivos solemos ser y dados a poner nombre a todo aunque ese todo no sea seguro de que, en realidad, pueda existir. Así nos sucede con la materia oscura a la que le hemos adjudicado ciertas anomalías observadas en el movimiento de las galaxias y las estrellas, los cúmulos y la expansión misma. Pero, ¿será debido a la existencia de esa otra clase de materia?

¡Cuánto nos hace trabajar la ignorancia!

Busca, busca que hallarás

Si no lo que pretendías, sí alguna respuesta

que, aunque negativa, te enseñará

En qué no debes hacer la apuesta.

emilio silvera

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