La materia oscura, más cerca: diseñan los detectores cuánticos más precisos del mundo

Pero eso podría cambiar en un futuro próximo, ya que un equipo de investigadores de las universidades británicas de Londres, Oxford y Lancaster están construyendo, aprovechando las tecnologías cuánticas más avanzadas, los detectores de materia oscura más sensibles hasta la fecha. Su idea acaba de ser anunciada durante la Summer Science Exhibition de la Royal Society y publicada en la revista 'Journal of Low Temperature Physics'.

«Estamos utilizando tecnologías cuánticas a temperaturas ultrabajas para construir los detectores más sensibles hasta ahora -afirma Samuli Autti, de la Universidad de Lancaster-. El objetivo es observar esta misteriosa materia directamente en el laboratorio y resolver uno de los mayores enigmas a los que se enfrenta hoy la ciencia».

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Desde hace tiempo se conoce cuál es la densidad típica de la materia oscura que hay en nuestra galaxia, pero nadie aún ha conseguido averiguar la masa de las partículas que la componen y sus posibles interacciones con los átomos de materia ordinaria. A día de hoy, los físicos de partículas sugieren dos posibles candidatos a materia oscura: partículas totalmente nuevas y con interacciones tan débiles que aún no las hemos observado; y partículas muy ligeras en forma de ondas denominadas axiones. Por eso, el equipo de científicos está construyendo no solo uno, sino dos experimentos diferentes.

En ambos casos (por lo menos en teoría), debería ser posible detectar nuevas partículas con interacciones ultra débiles a través de sus colisiones con la materia ordinaria. Sin embargo, las opciones de identificar estas colisiones en un experimento dependen de la masa de las partículas de materia oscura que se estén buscando. Y hasta ahora, la mayoría de esas búsquedas solo podrían detectar partículas de materia oscura que pesaran entre cinco y 1.000 veces más que un átomo de hidrógeno. ¿Pero y si fueran mucho más ligeras y se hubieran, por lo tanto, pasado por alto?

Para averiguarlo, el equipo de Tecnologías Cuánticas de Superfluidos Mejoradas para la Materia Oscura y la Cosmología (QUEST-DMC) tiene como objetivo alcanzar una sensibilidad desconocida hasta ahora en el mundo a las colisiones, buscando candidatos a materia oscura con masas entre 0,01 y unos pocos átomos de hidrógeno. Para lograr esta auténtica hazaña, el detector está hecho de helio-3 superfluido, enfriado a un estado cuántico macroscópico y equipado con amplificadores cuánticos superconductores. La combinación de estas dos tecnologías cuánticas hace posible alcanzar la sensibilidad que se necesita para detectar y medir firmas extremadamente débiles de posibles colisiones de materia oscura.

Por el contrario, si la materia oscura resultara estar hecha de axiones, éstos serían extremadamente ligeros (más de mil millones de veces más que un átomo de hidrógeno) aunque, en cambio, mucho más abundantes. Es decir, que los científicos no pueden aspirar a detectar colisiones con axiones, pero sí que pueden buscar una firma diferente: la señal eléctrica que se produce cuando los axiones se descomponen en un campo magnético. Este efecto sólo puede medirse utilizando un amplificador extraordinariamente sensible y que funcione con la mayor precisión permitida por la mecánica cuántica. Por ello, el equipo de Sensores Cuánticos para el Sector Oculto (QSHS) está desarrollando una nueva clase de amplificador cuántico que se adapte a la búsqueda de una señal de axión.

Se trata, en resumen, de dos de los detectores de materia oscura más precisos diseñados hasta ahora. Cuando se termine de construirlos y entren en funcionamiento, es posible que consigan, por fin, desvelar en qué consiste exactamente esa 'otra materia' que inunda el Universo y que tanto nos está costando observar.