Una aproximación minimalista a la búsqueda de materia oscura

Específicamente, el equipo de Antipas usó su experimento para buscar una clase de materia oscura conocida como materia oscura ultraligera. En su forma más pesada, la partícula de materia oscura ultraligera sigue siendo un billón de veces más ligera que un electrón. De acuerdo con la mecánica cuántica, toda la materia tiene propiedades de partículas y de ondas, los objetos más grandes generalmente tienen cualidades de partículas y los objetos más pequeños tienen más cualidades de ondas. "Cuando la gente habla de materia oscura ultraligera, lo que quieren decir es que la materia oscura es más como una onda", dice la física de Caltech Kathryn Zurek, que no participó en el experimento.

Como todos los demás experimentos de materia oscura hasta la fecha, la búsqueda de Antipas no ha arrojado nada. Sin embargo, la falta de detección ayuda a restringir las propiedades de la materia oscura porque el experimento muestra lo que no es la materia oscura. El enfoque del equipo también es distintivo en comparación con los experimentos de materia oscura más conocidos que buscan partículas conocidas como WIMP (partículas masivas de interacción débil). Estos experimentos generalmente involucran la colaboración de 100 científicos o más, y los detectores tienen demandas de ingeniería dramáticas. Por ejemplo, el detector LZ en Dakota del Sur contiene 7 toneladas de xenón líquido, un elemento raro que se encuentra en la atmósfera en menos de 1 parte por 10 millones. Para proteger los detectores de la radiación no deseada, los físicos los colocan en laboratorios en las profundidades de las montañas o bajo tierra en antiguas minas.

En cambio, todo el experimento de Antipas cabía sobre una mesa y su colaboración estuvo formada por 11 científicos. La búsqueda de materia oscura era en realidad un proyecto paralelo de su laboratorio. Normalmente utilizan el equipo para estudiar la fuerza nuclear débil en los átomos, que es responsable de la descomposición radiactiva."Fue algo rápido e interesante para nosotros", dice Antipas. "Usamos estos métodos para otras aplicaciones". En comparación con los detectores WIMP, los experimentos de sobremesa son simples y rentables, dice Guerlein.

Durante la última década, estos enfoques de laboratorio se han vuelto cada vez más populares para buscar materia oscura, dice Zurek.Los físicos, que primero desarrollaron instrumentos y láseres súper precisos para estudiar y controlar átomos y moléculas individuales, buscaron más formas de usar su maquinas nuevas "Más personas se han volcado al campo, no como su disciplina principal, sino como una forma de encontrar nuevas aplicaciones creativas para sus mediciones”, dice Zurek. "Pueden redirigir sus experimentos para buscar materia oscura".

En un ejemplo notable, los físicos rehacer los relojes atómicos para buscar materia oscura en lugar de medir el tiempo. Estas máquinas de precisión, que no pierden ni ganan un segundo durante millones de años, se basan en los niveles de energía de los átomos, que están determinados por las interacciones entre sus núcleos y los electrones, que dependen de los fundamentos. Como el experimento de Antipas, estos investigadores están buscando materia oscura, midiendo con precisión los niveles de energía de los átomos para buscar cambios en los valores de las constantes fundamentales (No encontraron ninguno).

Pero estos experimentos relativamente minimalistas no reemplazarán los experimentos de materia oscura más convencionales, porque los dos tipos son sensibles a diferentes tipos hipotéticos y masas de materia oscura.Los teóricos han planteado la hipótesis de una variedad de partículas de materia oscura cuyas masas varían en 75 órdenes de magnitud. dice Guerlain. En las partículas más ligeras, pueden ser más de un cuatrillón de veces más ligeras que incluso la materia oscura ultraligera que busca Antipas. Los candidatos más pesados ​​para la materia oscura son en realidad objetos astrofísicos del tamaño de agujeros negros.

Desafortunadamente para los físicos, sus experimentos no ofrecen pistas para hacer que un rango de masas sea más probable que otros. "Eso nos dice que tenemos que buscar en todas partes”, dice Guerlein. Con tan pocas pistas, los cazadores de materia oscura necesitan todos los refuerzos que puedan conseguir.