Cómo buscar materia oscura con átomos que nos rodean

Unas de las grandes preguntas de la física actual son sin duda las que se formulan sobre la materia oscura, su naturaleza y sus propiedades. Desde que se descubriera en el siglo pasado la existencia de una presencia extraña que se llamó materia oscura muchos han sido los intentos de los físicos por detectar este ente. La última y más curiosa de ellas es buscar materia oscura con átomos.

La materia oscura tiene varias propiedades que la hacen particularmente difícil de observa, como son la nula interacción eléctromagnética con el entorno, el hecho de que sean partículas que aún no se han detectado y el hecho de que sus efectos solo son claramente apreciables a grandes distancias. ¿Cómo, entonces, podemos buscar materia oscura con átomos? El dispositivo es realmente ingenioso.

El experimento para buscar materia oscura con átomos

Cuando uno mide las líneas de emisión de los átomos, estas siguen unas reglas muy claras y perfectamente conocidas desde principios del siglo pasado. En concreto el color de estas líneas depende, entre otras cosas, de la energía de los electrones del átomo en cuestión. Además, aparece en la relación color-energía del electrón una constante universal llamada /alpha o constante de estructura fina, que es la que permite buscar materia oscura con átomos.

Al ser una constante universal, su valor no varía en función de las condiciones del experimento, lo que permite no solo que sea medida con extraordinaria precisión, sino identificar fácilmente cambios en las condiciones del experimento. En este caso, sin embargo, la idea es la contraria: manteniendo las condiciones experimentales inmutables observar si esta constante varía con el tiempo.

Esto puede parecer una contradicción, las constantes universales no varían; pero en este caso sí tiene sentido porque la presencia de materia oscura tendría el efecto aparente de modificar el valor de esta constante de estructura fina, lo que nos permite buscar materia oscura con átomos. Pero no cualquier tipo de materia oscura.

El por qué de los resultados

De todos los tipos de partículas y candidatos a materia oscura solo se puede buscar materia oscura con átomos si suponemos que la masa de cada partícula de materia oscura es muy pequeña. Hablamos de una billonésima parte de la masa del bosón de Higgs, o incluso muchísimo menos. Son estas partículas casi sin masa las únicas que se pueden buscar con átomos mediante el estudio de sus transiciones atómicas.

El estudio en cuestión lleva en marcha más de 2 años ya y ha sido incapaz de detectar traza alguna de materia oscura. Esto puede deberse a dos factores principalmente: o bien no existen tales partículas de materia oscura poco masivas, o bien la masa de estas partículas es demasiado pequeña como para que podamos medirlas si intentamos medir materia oscura con átomos.

Esto no significa tiempo perdido como podría parecer, simplemente ayuda a avanzar en negativo, por así decirlo. Ahora sabemos que las partículas de materia oscura deben tener masas enormes o tan diminutas como una billonésima de millonésima de la masa de un electrón; eso antes no lo sabíamos.

Fuente | PRL