En una reunión reciente, los científicos compartieron ideas para buscar materia oscura con elementos (relativamente) baratos.
Crédito de la imagen: Artwork by Ana Kova
Por Lori Ann White, para Symmetry magazine Agosto 22 de 2017
Hace treinta y un años, los científicos hicieron su primer intento de encontrar materia oscura con un detector de partículas en una mina de Dakota del Sur.
Desde entonces, los investigadores han descubierto suficientes pistas para pensar que la materia oscura constituye aproximadamente el 26,8 por ciento de toda la materia y energía del universo. Ellos piensan que forma una especie de andamio gravitacional para las galaxias y racimos de galaxias que nuestros telescopios revelan, moldeando la estructura de nuestro universo mientras permanecen invisibles.
Estas conclusiones se basan en pruebas indirectas tales como el comportamiento de galaxias y racimos de galaxias. Los experimentos de detección directa -que están diseñados para detectar realmente una partícula de materia oscura saliendo del núcleo de un átomo- aún no han encontrado lo que buscan. Tampoco se ha visto materia oscura en el Gran Colisionador de Hadrones. Ese material invisible, enigmático, que Greta Garbo de la física de partículas, todavía quiere estar solo.
Podría ser que los investigadores busquen simplemente en el lugar equivocado. Gran parte de la búsqueda de materia oscura se ha centrado en partículas llamadas WIMPs, partículas interactivas débilmente interactivas. Pero el interés en las alternativas de WIMP ha ido en aumento, lo que ha llevado al desarrollo de una variedad de proyectos de investigación a pequeña escala para investigar algunas de las perspectivas más prometedoras.
En marzo, más de 100 científicos se reunieron en la Universidad de Maryland para "Cosmic Visions: New Ideas in Dark Matter",(Visiones Cósmicas: Ideas nuevas acerca de la materia obscura) una reunión para tomar el pulso del paisaje de materia oscura post-WIMP para el Departamento de Energía. Ese pulso era sorprendentemente fuerte. Los organizadores publicaron recientemente un informe detallando los resultados.
La conferencia se produjo en parte porque "parecía un buen momento para reunir a todo el mundo para ver lo que cada experimento estaba haciendo, donde se reforzaron y donde hicieron algo nuevo", dice Natalia Toro, un teórico en SLAC National Accelerator Laboratory y miembro del Comité Asesor Científico de Cosmic Visions. Lo que ella y muchos otros participantes no esperaban, dice Toro, eran cuántas buenas ideas serían presentadas.
Casi 50 experimentos en diferentes etapas de desarrollo se presentaron durante tres días de conversaciones, y se discutió un número similar de experimentos potenciales.
Algunos de los experimentos presentados estarían diseñados para buscar partículas de materia oscura que son más ligeras que las WIMP tradicionales o para las nuevas fuerzas fundamentales a través de las cuales estas partículas podrían interactuar. Otros buscarían fuerzas oscilantes producidas por partículas de materia oscura trillones de veces más ligeras que el electrón. Aún otros buscarían diferentes candidatos de materia oscura, como los agujeros negros primordiales.
Los científicos del taller se sorprendieron de lo pequeños y relativamente baratos que podrían ser muchos de los experimentos, dice Philip Schuster, un teórico de partículas en el SLAC National Accelerator Laboratory.
"Pequeñas y baratas dependen de la tecnología que utilices, por supuesto", dice Schuster. El DOE está preparado para proporcionar fondos por un monto de $ 10 millones (todavía una fracción del costo de un experimento WIMP actual), y muchos de los experimentos podrían costar entre $ 1 y $ 2 millones.
Varios factores trabajan juntos para disminuir el costo. Por ejemplo, los avances en tecnología de detectores y sensores cuánticos han hecho que la tecnología sea más barata. Luego hay pequeños detectores que pueden colocarse en grandes instalaciones ya existentes, como la Heavy Photon Search, una búsqueda del sector oscuro en el laboratorio de Jefferson. "Es básicamente un detector de mesa, en contraposición a CMS y ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones, que tomó años construir y pesar tanto como un acorazado", dice Schuster.
El experimentador Joe Incandela de la Universidad de California en Santa Bárbara y uno de los coordinadores del esfuerzo Cosmic Visions, tiene una explicación sencilla para esta explosión de ideas. "Hay una buena sinergia entre la tecnología y el interés por la materia oscura", dice.
Incandela dice que él mismo está sintiendo la sinergia. Es un ex portavoz de CMS, un experimento de clase de acorazado en el que continúa desempeñando un papel activo al tiempo que desarrolla el Light Dark Matter Experiment, que utilizará un calorímetro de alta resolución basado en silicio que originalmente ayudó a desarrollar para CMS buscar una alternativa a WIMPs.
"Se me ocurrió que esta tecnología de calorímetro podría ser muy útil para búsquedas de materia oscura de baja masa", dice. "Mi esperanza es que, comenzando pronto, y cubriendo aproximadamente cinco años, la financiación -y no se necesite mucho- esté disponible para apoyar experimentos que pueden cubrir mucho más el paisaje donde la materia oscura puede estar ocultándose. Es muy emocionante."
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Crédito de la imagen: Artwork by Ana Kova
Por Lori Ann White, para Symmetry magazine Agosto 22 de 2017
Hace treinta y un años, los científicos hicieron su primer intento de encontrar materia oscura con un detector de partículas en una mina de Dakota del Sur.
Desde entonces, los investigadores han descubierto suficientes pistas para pensar que la materia oscura constituye aproximadamente el 26,8 por ciento de toda la materia y energía del universo. Ellos piensan que forma una especie de andamio gravitacional para las galaxias y racimos de galaxias que nuestros telescopios revelan, moldeando la estructura de nuestro universo mientras permanecen invisibles.
Estas conclusiones se basan en pruebas indirectas tales como el comportamiento de galaxias y racimos de galaxias. Los experimentos de detección directa -que están diseñados para detectar realmente una partícula de materia oscura saliendo del núcleo de un átomo- aún no han encontrado lo que buscan. Tampoco se ha visto materia oscura en el Gran Colisionador de Hadrones. Ese material invisible, enigmático, que Greta Garbo de la física de partículas, todavía quiere estar solo.
Podría ser que los investigadores busquen simplemente en el lugar equivocado. Gran parte de la búsqueda de materia oscura se ha centrado en partículas llamadas WIMPs, partículas interactivas débilmente interactivas. Pero el interés en las alternativas de WIMP ha ido en aumento, lo que ha llevado al desarrollo de una variedad de proyectos de investigación a pequeña escala para investigar algunas de las perspectivas más prometedoras.
En marzo, más de 100 científicos se reunieron en la Universidad de Maryland para "Cosmic Visions: New Ideas in Dark Matter",(Visiones Cósmicas: Ideas nuevas acerca de la materia obscura) una reunión para tomar el pulso del paisaje de materia oscura post-WIMP para el Departamento de Energía. Ese pulso era sorprendentemente fuerte. Los organizadores publicaron recientemente un informe detallando los resultados.
La conferencia se produjo en parte porque "parecía un buen momento para reunir a todo el mundo para ver lo que cada experimento estaba haciendo, donde se reforzaron y donde hicieron algo nuevo", dice Natalia Toro, un teórico en SLAC National Accelerator Laboratory y miembro del Comité Asesor Científico de Cosmic Visions. Lo que ella y muchos otros participantes no esperaban, dice Toro, eran cuántas buenas ideas serían presentadas.
Casi 50 experimentos en diferentes etapas de desarrollo se presentaron durante tres días de conversaciones, y se discutió un número similar de experimentos potenciales.
Algunos de los experimentos presentados estarían diseñados para buscar partículas de materia oscura que son más ligeras que las WIMP tradicionales o para las nuevas fuerzas fundamentales a través de las cuales estas partículas podrían interactuar. Otros buscarían fuerzas oscilantes producidas por partículas de materia oscura trillones de veces más ligeras que el electrón. Aún otros buscarían diferentes candidatos de materia oscura, como los agujeros negros primordiales.
Los científicos del taller se sorprendieron de lo pequeños y relativamente baratos que podrían ser muchos de los experimentos, dice Philip Schuster, un teórico de partículas en el SLAC National Accelerator Laboratory.
"Pequeñas y baratas dependen de la tecnología que utilices, por supuesto", dice Schuster. El DOE está preparado para proporcionar fondos por un monto de $ 10 millones (todavía una fracción del costo de un experimento WIMP actual), y muchos de los experimentos podrían costar entre $ 1 y $ 2 millones.
Varios factores trabajan juntos para disminuir el costo. Por ejemplo, los avances en tecnología de detectores y sensores cuánticos han hecho que la tecnología sea más barata. Luego hay pequeños detectores que pueden colocarse en grandes instalaciones ya existentes, como la Heavy Photon Search, una búsqueda del sector oscuro en el laboratorio de Jefferson. "Es básicamente un detector de mesa, en contraposición a CMS y ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones, que tomó años construir y pesar tanto como un acorazado", dice Schuster.
El experimentador Joe Incandela de la Universidad de California en Santa Bárbara y uno de los coordinadores del esfuerzo Cosmic Visions, tiene una explicación sencilla para esta explosión de ideas. "Hay una buena sinergia entre la tecnología y el interés por la materia oscura", dice.
Incandela dice que él mismo está sintiendo la sinergia. Es un ex portavoz de CMS, un experimento de clase de acorazado en el que continúa desempeñando un papel activo al tiempo que desarrolla el Light Dark Matter Experiment, que utilizará un calorímetro de alta resolución basado en silicio que originalmente ayudó a desarrollar para CMS buscar una alternativa a WIMPs.
"Se me ocurrió que esta tecnología de calorímetro podría ser muy útil para búsquedas de materia oscura de baja masa", dice. "Mi esperanza es que, comenzando pronto, y cubriendo aproximadamente cinco años, la financiación -y no se necesite mucho- esté disponible para apoyar experimentos que pueden cubrir mucho más el paisaje donde la materia oscura puede estar ocultándose. Es muy emocionante."
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