Un enfoque minimalista a la caza de la materia oscura

Un enfoque minimalista a la caza de la materia oscura

Nada es seguro en la vida excepto la muerte, los impuestos y —un físico podría agregar— los valores de las constantes fundamentales. Estas son cantidades, como la velocidad de la luz o la masa del electrón, que los físicos han determinado que no cambian con el tiempo en todo el universo.

¿O ellos?

El físico Dionysios Antypas y su equipo instalaron un láser verde para emitir a través de un pequeño recipiente de vidrio de gas yodo en un laboratorio de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz en Alemania. Al estudiar cuidadosamente la interacción de la luz con el yodo, Antypas busca indicios de que ciertas constantes fundamentales están cambiando, muy levemente, con el tiempo.

“Las llamamos ‘constantes’, entre comillas”, dice Antypas.

Crudamente, puedes pensar en la molécula de yodo como dos átomos unidos por un resorte. Al iluminar los átomos exactamente con la frecuencia o el color correctos, los dos átomos absorben la luz para vibrar de un lado a otro. Antypas sintoniza el color del láser para encontrar esta frecuencia, que depende de varias constantes fundamentales: la masa de los núcleos de los átomos de yodo, la masa del electrón y la fuerza de la interacción entre las cargas eléctricas y el campo electromagnético, conocido como el fino constante de estructura. Al medir las propiedades de la luz que absorben las moléculas, Antypas puede determinar si cambian las constantes fundamentales.

Sin duda, el equipo de Antypas no ha detectado cambios en las constantes fundamentales. Pero en un artículo publicado en Cartas de revisión física este julio, informan cuánto hacen varias constantes no cambio. Trabajando con otro equipo de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, encontraron que si la masa del electrón cambió, fluctuó en menos de 1 parte en 100 billones, y la masa del núcleo del átomo de yodo en menos de 1 en 10 billones. Además, cualquier fluctuación en la constante de estructura fina está por debajo de 1 parte en 100 billones, dice Antypas.

El equipo busca fluctuaciones en las constantes fundamentales para buscar materia oscura, una sustancia misteriosa que los físicos estiman que constituye el 85 por ciento de la materia del universo. En 1933, el astrofísico suizo Fritz Zwicky observó galaxias que parecían estar girando más rápido de lo que permitía su materia visible. A esas velocidades, la gravedad dicta que las galaxias deberían desmoronarse, como la masa para panqueques que se desprende de una batidora de mano. Él planteó la hipótesis de que las galaxias estaban unidas por un tipo de material invisible, ahora llamado materia oscura.

Desde entonces, los investigadores han realizado muchas más observaciones que respaldan la existencia de la materia oscura. “En realidad conocemos la densidad de la materia oscura [near Earth] dentro de un factor de tres, a partir de su efecto gravitacional”, dice Julia Gehrlein del Laboratorio Nacional de Brookhaven, que no participó en el experimento. «Simplemente no sabemos de qué está hecha la materia oscura».

La teoría física predice que ciertos tipos hipotéticos de materia oscura interactúan con los electrones y otras partículas para causar que algunas constantes fundamentales fluctúen con el tiempo. Pero debido a que el equipo no encontró fluctuaciones, pueden descartar partículas de materia oscura con propiedades particulares de cierta masa. Sus resultados son consistentes con los hallazgos de otros experimentos, dice Gehrlein.

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