Semana del Espacio: ¿Estamos más cerca de descubrir de qué está hecha la materia oscura?

Determinar de qué está compuesta la materia oscura es uno de los grandes desafíos de la física y la astrofísica. Aunque los científicos conocen los efectos gravitacionales que se le atribuyen, todavía no han logrado identificar directamente las partículas que podrían constituirla.

Una señal inusual detectada por el experimento LUX-ZEPLIN (LZ), en Estados Unidos, despertó el interés de la comunidad científica. El evento ocurrió en una región de energía en la que los investigadores buscan indicios de materia oscura, pero todavía no hay pruebas que permitan afirmar que se haya detectado.

"La materia oscura se sabe que existe porque se pueden detectar sus efectos, especialmente en galaxias. Pero no hay una prueba directa de que exista, como que se haya observado propiamente. Entonces, ahorita, eso es toda un área de investigación en la que los científicos están tratando de descubrirlo", explicó Fernando Quiros, físico del Planetario de la Universidad de Costa Rica (UCR).

¿Qué es la materia oscura?

La existencia de la materia oscura se planteó a partir de observaciones astronómicas que no podían explicarse únicamente con la materia visible.

En 1933, el físico Fritz Zwicky, nacido en Bulgaria, publicó una investigación en la que propuso que debía existir una forma de materia invisible cuya gravedad ayudara a explicar el comportamiento de las galaxias.

Décadas después, los estudios de la astrónoma Vera Rubin aportaron evidencia importante sobre este fenómeno. Sus observaciones de la velocidad de rotación de las galaxias reforzaron la hipótesis de que existe más materia de la que podemos observar directamente.

Se estima que la materia oscura representa alrededor del 85% de toda la materia del universo. Sin embargo, aún se desconoce su composición.

Un tanque de xenón para buscar materia oscura

Uno de los experimentos que intenta resolver este misterio es LUX-ZEPLIN (LZ), instalado a unos 1.500 metros de profundidad en Dakota del Sur, Estados Unidos.

El detector utiliza un tanque con aproximadamente 10 toneladas de xenón líquido ultrapuro. El objetivo es identificar posibles interacciones entre las partículas de materia oscura y los núcleos de los átomos de xenón.

Una de las partículas hipotéticas que buscan los investigadores son las llamadas partículas masivas de interacción débil (WIMP, por sus siglas en inglés). Si una de ellas interactuara con un núcleo de xenón, podría producir una pequeña señal luminosa que los instrumentos del experimento serían capaces de registrar.

La ubicación subterránea del detector cumple una función esencial: reducir la interferencia de los rayos cósmicos y otras fuentes de radiación que podrían generar señales similares a las que buscan los científicos.

¿Qué detectó el experimento?

El pasado 1.° de setiembre se dio a conocer que LZ había registrado un evento anómalo con una energía de aproximadamente 248 kiloelectronvoltios, superior a la que los investigadores esperaban observar en esa región de los datos.

El evento llamó la atención porque apareció en una zona en la que los científicos buscan señales de materia oscura y donde esperan que las fuentes de interferencia sean escasas.

"Nos intriga mucho observar este evento en los datos, en la región donde esperamos encontrar materia oscura y donde los fondos de interferencia son muy bajos", señaló Rick Gaitskell, profesor de la Universidad de Brown y portavoz de LZ.

El investigador aclaró que el equipo no considera que el evento constituya una detección de materia oscura.

"No afirmamos haber detectado materia oscura, pero sí hemos observado algo interesante que queremos compartir con la comunidad científica para recabar su opinión", indicó Gaitskell.

Los científicos deben determinar ahora si la señal tiene una explicación conocida o si corresponde a un fenómeno que requiere nuevas investigaciones. También necesitan evaluar la posibilidad de que se trate de una fluctuación estadística, es decir, un resultado inusual que puede aparecer por azar.

Según la información suministrada, el evento tiene actualmente una probabilidad del 0,5 % de explicarse como una fluctuación de ese tipo. Para anunciar un descubrimiento en física de partículas suele exigirse un nivel de significación de cinco sigmas, que corresponde a una probabilidad de aproximadamente una entre 3,5 millones de que el resultado se deba al azar bajo el modelo estadístico utilizado.

La aparición de nuevos eventos con una firma energética similar podría aportar información para determinar qué explica la señal y si se trata de un fenómeno reproducible.

Para Quiros, confirmar la existencia de la materia oscura sería un avance extraordinario para la ciencia. "Un descubrimiento que sería totalmente revolucionario sería la confirmación de la materia oscura", afirmó.