Veinte a?os despu¨¦s, se podr¨¢ conocer la verdad sobre la ¨²nica detecci¨®n de materia oscura

En la d¨¦cada de 1930, el astr¨®nomo suizo Fritz Zwicky observ¨® que algunos grupos de estrellas se mov¨ªan m¨¢s r¨¢pido de lo que deb¨ªan. La masa visible no justificaba su velocidad y el cient¨ªfico plante¨® que deb¨ªa existir una materia oscura que explicase su movimiento. Desde entonces, el concepto se ha convertido en una idea fundamental para explicar el cosmos, aunque sea como parte de una gigantesca inc¨®gnita. La materia visible, como la que componen los planetas o las estrellas, solo supone el 5% del universo. La materia oscura, de la que solo vemos sus efectos indirectos, es el 25%. El resto, la a¨²n m¨¢s misteriosa energ¨ªa oscura.

Existen proyectos por todo el mundo que intentan producir o detectar la materia oscura, pero hasta ahora nadie ha tenido ¨¦xito. O nadie ha tenido un ¨¦xito reconocido por la comunidad cient¨ªfica. Desde hace m¨¢s de veinte a?os, un equipo liderado por la profesora de la Universidad de Roma Rita Bernabei afirma que ha atrapado la materia oscura. Su supuesto logro se obtuvo gracias a DAMA, un detector de 100 kilos de yoduro de sodio instalado en un laboratorio enterrado a m¨¢s de un kil¨®metro de profundidad, en el interior del Gran Sasso, en los Apeninos italianos. Ese detector era una sofisticada trampa para capturar algunas de las WIMPs (part¨ªculas masivas de interacci¨®n d¨¦bil que, en teor¨ªa, conforman la materia oscura), que emitir¨ªan un destello luminoso al chocar contra alguno de los ¨¢tomos del detector.

En 2021, los experimentos COSINE y ANAIS habr¨¢n acumulado datos suficientes para tener resultados fiables

La idea para observar un tipo de materia tan escurridizo la propuso en 1986 la investigadora de la Universidad de Texas (EE UU) Katherine Freese, que plante¨® que se podr¨ªan observar diferencias en la cantidad de materia oscura que atraviesa nuestro planeta en distintas ¨¦pocas del a?o. Orbitamos alrededor del Sol que a su vez orbita dentro de nuestra galaxia acompa?ando al invisible halo de materia oscura. Como si se tratase de una nube de mosquitos que avanza, cuando sigui¨¦semos su misma direcci¨®n a su misma velocidad, el n¨²mero de impactos contra nuestro veh¨ªculo, ser¨ªa menor, pero cuando al llegar al punto de nuestra ¨®rbita en el que cambiamos de direcci¨®n comenz¨¢semos a avanzar contra la nube, se ver¨ªa un incremento en el n¨²mero de impactos. Ese pico de impactos es lo que observa alrededor del mes de junio el equipo de Gran Sasso desde 1997. Y las mismas observaciones han sido confirmadas por el mismo equipo y en el mismo lugar con un detector mejorado de 250 kilos de yoduro de sodio.

El problema para Bernabei y los suyos es que no es tan sencillo construir un detector con las caracter¨ªsticas y la sensibilidad necesaria para que los resultados sean comparables. El choque de una part¨ªcula de materia oscura contra una de materia normal es algo tan extra?o que no es sencillo aislarlo de cualquier otro fen¨®meno y hasta ahora, los esfuerzos para replicar el experimento no han podido ofrecer una respuesta concluyente.

Experimentos como CDMSII, instalado en la mina de Soudan, en Minnesota (EE UU), o Xenon 10, en el mismo laboratorio de Gran Sasso, no lograron encontrar la se?al de materia oscura en el mismo rango energ¨¦tico que DAMA/LIBRA. Otro como CRESST, tambi¨¦n en el laboratorio subterr¨¢neo italiano, obtuvo una se?al, pero era demasiado d¨¦bil y no parec¨ªa coincidir exactamente con la del equipo de Bernabei. En 2017, una versi¨®n mejorada de Xenon 10, Xenon 100, no encontr¨® se?al alguna de materia oscura buscando donde DAMA encuentra su se?al, pero una vez m¨¢s, se plante¨® la posibilidad de que al emplear xenon como material para atrapar las part¨ªculas en lugar de yoduro de sodio los resultados pod¨ªan no ser comparables.

Seg¨²n recordaba recientemente la revista de f¨ªsica de part¨ªculas Symmetry, despu¨¦s de dos d¨¦cadas de controversia, el fin a la incertidumbre puede estar cerca. Ya hay varios experimentos en marcha dise?ados para tener resultados comparables sin dudas. Uno de ellos, ANAIS, liderado por la Universidad de Zaragoza e instalado en el Laboratorio Subterr¨¢neo de Canfranc (Espa?a), tambi¨¦n utiliza yoduro de sodio. Comenz¨® a recoger datos en 2017 y en los pr¨®ximos a?os habr¨¢ acumulado una cantidad suficiente para que sea estad¨ªsticamente significativa.

Si los resultados son positivos, se podr¨ªa empezar a saber qu¨¦ compone el 25% de todo el universo, hasta ahora desconocido

Otro de ellos es COSINE 100, un detector que tambi¨¦n utiliza cristales de yoduro de sodio que a su vez est¨¢n sumergidos en 2000 litros de l¨ªquido para reducir el ruido de fondo que provocan otro tipo de part¨ªculas y dificultan ver las d¨¦biles interacciones de la materia oscura. Este proyecto, instalado en Corea del Sur, comenz¨® a tomar datos en 2016 y en diciembre de 2018 public¨® sus primeros resultados en la revista Nature. Seg¨²n el art¨ªculo, era muy improbable que los resultados de DAMA/LIBRA coincidiesen con las caracter¨ªsticas que el Modelo Est¨¢ndar, la teor¨ªa que explica el comportamiento de la materia a nivel subat¨®mico, atribuye a la materia oscura que ocupa el halo gal¨¢ctico. No obstante, el experimento necesita acumular datos durante al menos dos a?os m¨¢s para tener datos suficientes que digan si esas variaciones en las se?ales que captan los detectores de DAMA en las distintas ¨¦pocas del a?o existen o si se pueden atribuir a la materia oscura.

Reina Maruyama, una investigadora de la Universidad de Yale que ha recibido financiaci¨®n de la National Science Foundation para poner a prueba los resultados de DAMA con COSINE aseguraba a Symmetry que ¡°con cinco a?os de funcionamiento del experimento, si la se?al est¨¢ ah¨ª, en 2021, deber¨ªamos ser capaces de verla¡±. ¡°Si no est¨¢ ah¨ª, aunque esto es m¨¢s dif¨ªcil de hacer, tambi¨¦n seremos capaces de refutarla¡±, a?ade.

Si tanto ANAIS como COSINE confirman los resultados de DAMA, el siguiente paso ser¨ªa volver a buscar la misma fluctuaci¨®n desde un detector en el hemisferio sur. Con ese objetivo est¨¢ previsto que este mismo oto?o comience en una antigua mina de oro en Australia la construcci¨®n del experimento SABRE. Despu¨¦s, se tratar¨ªa de comenzar a analizar la se?al para conocer detalles como la masa y empezar a describir la naturaleza de esos WIMPs que componen la materia oscura. En caso de que el resultado fuese negativo, habr¨ªa que seguir buscando por otro lado, aunque a¨²n quedar¨ªa por resolver de d¨®nde viene esa fluctuaci¨®n misteriosa que, desde hace 20 a?os, Rita Bernabei y los suyos dicen que es la primera detecci¨®n de materia oscura.