¿Podremos fabricar materia oscura?

Tom!
Foto de C.H. Faham. Luxdarkmatter

Los científicos han acumulado ya un buen número de evidencias que sirven para apoyar las hipótesis sobre la existencia de la llamada “materia oscura”. El adjetivo “oscura” denota la falta de explicación sobre la naturaleza y el origen de esta sustancia, pero lo que sí se sabe es que es un tipo de materia que no interactúa con la radiación electromagnética más que para desviar su trayectoria, esto es debido a los campos gravitacionales que generan las grandes acumulaciones de ésta en el espacio. Desde la Tierra las observamos en forma de lentes gravitatorias.

Estudiando las velocidades de rotación de distintas galaxias y los cúmulos galácticos, que sirve para calcular la masa del sistema, y observando su brillo (lo que se conoce como “relación masa-brillo”), se ha calculado que del 21 al 23% de toda la materia-energía del universo es materia oscura.

Rotación de una galaxia: a la izquierda sin materia oscura y a la derecha con materia oscura. Autor: Ingo Berg.
Estimación de la cantidad de materia-energía del universo

En realidad, la cantidad de materia que se cree que no interactúa con la luz es mucho mayor (algunas fuentes la cifran entre un 85 y un 90% del total, sin contar la energía oscura) porque se incluye una gran parte de la materia bariónica. En cuanto a la materia oscura no bariónica, se la ha clasificado en tres tipos según la velocidad a la que supuestamente se mueven sus partículas: materia oscura caliente, templada o fría.

materia oscura
Componentes del cúmulo de galaxias Abell 2744, también conocido como el Cluster de Pandora: galaxias (blanco), el gas caliente (rojo) y la materia oscura (azul).
Imagen de: ESA/XMM-Newton (X-rays); ESO/WFI (optical); NASA/ESA & CFHT (dark matter)

Algo tan abundante y tan desconocido se ha convertido en uno de los principales focos de atención de las físicas del Cosmos y de las partículas subatómicas, sin duda, de su estudio se obtendrán respuestas que servirán para unificar ambas. Sin embargo, todavía no hemos sido capaces de capturar ni una sola partícula de materia oscura no bariónica templada o fría (la caliente se supone constituida por neutrinos).

Hace muy poco hemos sabido del resultado nulo en la observación de materia oscura del mayor experimento que se ha puesto en marcha hasta la fecha con este objetivo: se trata del experimento LUX (Large Underground Xenon).

Este laboratorio ha estado funcionando durante los últimos 20 meses en Dakota del Sur (USA). El detector estaba situado a 1500 metros de profundidad en el interior de una mina  para evitar las interferencias de la superficie. Es el más sensible que se ha construido hasta la fecha y fue diseñado basándose en el modelo que predijo la posibilidad de encontrar materia oscura en forma de WIMPs (partículas masivas de interacción débil).

Los científicos responsables del proyecto creen que, de haberse cruzado con alguna partícula de este tipo, la habrían detectado. Ellos no lo consideran un fracaso -y yo tampoco- porque ahora saben que ese modelo no es correcto y podrán ensayar otras propuestas, de hecho, ya se está construyendo el experimento LUX-ZEPLIN, el cual multiplicará la sensibilidad del LUX por más de 70.

Experimento LUX
Imagen de C.H. Faham. Luxdarkmatter.

En la historia de la detección de otras partículas subatómicas también se diseñaron experimentos que confiaron en la detección fortuita de nuevos entes provenientes de las radiaciones cósmicas, muchas de las cuales ahora podemos fabricar, o más bien recolectar, gracias a la tecnología de la fisión nuclear y de los aceleradores de partículas. Esta forma de experimentar es también una posibilidad que se debe explorar a la hora de conseguir materia oscura, esto es, recolectándola en los colisionadores de partículas. Y diréis… ¿Cómo se hace eso?

Lo primero, como casi siempre, es disponer de un modelo coherente que sirva de base teórica para diseñar las acciones a realizar durante el experimento. Para eso, la teoría de ruedas dispone de argumentos sobre qué es la materia oscura y cuál es su origen que, por supuesto, yo considero sólidos y que el lector encontrará en mi libro (página 72). Aun así, intentaré avanzar algunas cuestiones para que, el que todavía no se lo haya leído, no se pierda en esta entrada de mi blog.

La evolución de la materia descrita en esta teoría se basa en la nueva cosmovisión, que establece una forma de entender la masa relativista aparente que no habíamos considerado hasta ahora y que permite explicar porque la masa de los neutrinos, electrones o positrones es tan “aparentemente” pequeña cuando se mueven a velocidades relativistas pero, de hecho (experimentalmente), tienen una masa en reposo mucho mayor. De lo que se puede inferir que, en realidad, los quarks U y D son las partículas no bosónicas más pequeñas, con menos masa en reposo de las descritas  por el modelo estándar de partículas actual, y las que constituyen todas las clases de materia, incluida la materia oscura.

Las estructuras tridimensionales ordenadas de forma coherente y funcional constituidas por agrupaciones de quarks U y D se llaman ruedas y son, según esta teoría, la primera materia brillante del universo, porque solo las ruedas pueden producir fotones y solo las ruedas pueden  aprovecharse de la energía de la que estos son portadores, por supuesto, todo esto se desarrolla en el libro de forma mucho más extensa y justificada.

De manera que toda materia anterior a la formación de las ruedas es materia oscura caliente o templada que no interactúa con los fotones pero se mueve a gran velocidad simplemente por inercia.

Por otro lado, como resultado del gran número de colisiones entre estructuras, que se dan por diferentes motivos, quedan agrupaciones amorfas de quarks que permanecen unidos por la fuerza electrostática de su carga eléctrica (los quarks siguen disponiendo de sus cargas individualmente pero no tienen la estructura necesaria para aprovechar ni producir la energía fotónica) y, a mucha mayor escala, por la fuerza de la gravedad. Estas masas informes, superdensas y no estructuradas constituyen la materia oscura fría y explican la anisotropía de la radiación de fondo de microondas porque, cada vez que se destruyó una estructura funcional en el universo primigenio se liberó un fotón de alta energía, que es lo que nos llega hoy con la frecuencia reducida a la zona del espectro de las microondas, pero eso no supuso la aniquilación de los quarks que formaban esas estructuras. Estos permanecen vagando por el espacio hasta que un agujero negro los atraiga y los recicle.

Materia oscura
Arriba: imagen infrarroja del telescopio espacial Spitzer de la NASA. Debajo: la misma zona después del enmascaramiento de todas las estrellas, galaxias y los artefactos, donde aparece un brillo de fondo irregular.
Imagenes de: NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (Goddard)

La polaridad de los mesones (parejas de quarks U y D) junto con las dinámicas fluidas del campo H (el éter) hacen que esas masas informes de materia oscura fría se vayan estirando, cual imanes puestos uno detrás de otro, en larguísimos filamentos superdensos, de cuya existencia también tenemos evidencias gracias a las observaciones del telescopio XMM-Newton de la ESA y a un estudio reciente de la NASA.

filamentos de materia oscura
Representación artística de filamentos de materia oscura siendo arrastrados por la Tierra. NASA/JPL-Caltech

Con todo esto, ahora sí, podemos deducir se puede obtener materia oscura en los colisionadores de partículas, aquí mismo, en la Tierra. Lo único que debemos hacer es encontrar la manera de recolectar los trozos de las estructuras de quarks que resultan de la colisión de cualquier clase de materia. La densidad del cúmulo de quarks obtenido de esta forma será inmensa y, por supuesto, no habrá manera de hacerlo interactuar con la luz.

Imagen: Experimento ATLAS del CERN

Por analogía, si tenemos trigo y queremos fabricar harina, busquemos un molino.

Nota introducida posteriormente (01-05-2017):

Se me ocurre que la mejor manera de evidenciar esa materia oscura resultante de las colisiones quizá no sea en los aceleradores, sino con la tecnología hermana, los deceleradores de partículas, es decir: si acercamos electrones y positrones a baja velocidad, colisionarán liberando sus fotones y dejando un resto amorfo, superdenso y eléctricamente neutro, constituido por agrupación de quarks (cuya formación no podrá ser atribuible a la energía de la aceleración de las partículas), que rápidamente será atraído por la gravedad. Si, justo en la vertical de la zona de colisiones, situamos algún tipo de detector que, de manera específica, sea capaz de interactuar con algo así -pongamos un cristal perfecto en el que la colisión de materia oscura con uno de los núcleos atómicos quede registrada-, tendremos la evidencia que buscamos y, además, servirá como nueva prueba de confirmación de la teoría de ruedas.

Tenemos la tecnología ¿Por qué no lo intentamos? ¿Qué tenemos que perder?

 

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