¿Y si ya hubiéramos detectado materia oscura sin darnos cuenta?

Varios grandes experimentos se han dedicado a buscar los signos que las eventuales partículas de materia oscura podrían dejar al chocar con la materia "normal", produciendo pequeños destellos de luz que podrían ser identificados por los físicos. Y ahora, un nuevo estudio dirigido por investigadores del Departamento de Energía del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley ha sugerido otra vía para captar las señales que las partículas de materia oscura dejarían al ser absorbidas por esos núcleos atómicos convencionales.

De hecho, según los investigadores, el proceso mismo de absorción (de una partícula de materia oscura por un núcleo atómico convencional) podría compararse a "una patada" recibida por el átomo afectado. Una que le haría expulsar una partícula más ligera, como un electrón, pero que podría producir también otra clase de señales, según cual sea finalmente la naturaleza de la partícula de materia oscura.

El estudio, publicado en Physics Review Letters , se centra principalmente el los casos en que el núcleo golpeado por la materia oscura expulsa un electrón o un neutrimo. Y propone que algunos experimentos ya realizados podrían ser actualizados fácilmente para buscar no solo procesos relacionados con neutrinos o electrones, sino también esas señales reveladoras producidas por la absorción. En otras palabras, los autores creen que revisar de nuevo los datos de antiguas búsquedas podría revelar la presencia de esas señales que, en su momento, se pasaron por alto.

"En este campo -explica Jeff Dror, autor principal del estudio- teníamos una cierta idea en mente sobre candidatos a ser materia oscura, como los WIMPs, partículas masivas que interactúan muy débilmente. El modelo WIMP es muy fácil de incorporar al Modelo Estandar de la Física (la gran teoría que recoge todas las partículas y fuerzas conocidas), lo malo es que en todo este tiempo no lo hemos encontrado".

Por lo tanto, los físicos consideran ahora otros lugares en los que las partículas de materia oscura podrían esconderse, y también otras posibilidades de partículas, como los llamados "neutrinos estériles", que también podrían incorporarse a la familia de partículas denominada "fermiones", la que incluye a electrones, protones y neutrinos. "Resulta fácil -señala Dror- con solo hacer pequeñas modificaciones al paradigme WIMP, acoplar un tipo de señal completamente distinta. Podemos progresar mucho con muy poco coste solo cambiando un poco en la forma en que hemos estado pensando sobre la materia oscura".

En su artículo, los investigadores señalan que el nuevo rango de señales en las que se han enfocado abre todo un "océano" de posibilidades de partículas de materia oscura, como fermiones aún no descubiertos, con masas más ligeras que el rango típico que se considera para WIMP, como por ejemplo neutrinos estériles.

Para los diversos tipos de interacciones que los investigadores exploran en su estudio, es posible predecir cuál sería el espectro de energía de la partícula saliente, y también el del núcleo que recibe la "patada". Según Dror, esas señales de absorción podrían ser incluso más comunes de las que los detectores de materia oscura están diseñados para encontrar. Sencillamente, aún no lo sabemos porque nunca hemos mirado allí.

Para Dror, los experimentos que cuentan con un gran volumen de material detector y muy bajo ruido de fondo e interferencias son particularmente idóneos para la búsqueda ampliada de estas otras posibles señales de materia oscura que no se habían considerado hasta ahora. "Los datos -afirma- ya están ahí. Es solo cuestión de mirarlos".

Los autores del estudio citan una larga lista de experimentos de todo el mundo que podrían tener ya, sin saberlo, datos relevantes que conducirían a la tan ansiada detección. El próximo paso será trabajar directamente con los físicos de esos experimentos para analizar los datos existentes y descubrir si los parámetros se pueden ajustar para buscar otras señales.

"Creo que la comunidad de físicos está empezando a darse cuenta de esto -afirma Dror-. Una de las preguntas más importantes en este campo es sobre la naturaleza de la materia oscura. No sabemos de qué puede estar hecha, pero la respuesta podría estar a nuestro alcance en el futuro cercano. Para mí, eso es una motivación más que suficiente para seguir empujando. Hay toda una nueva física por ahí".