Científicos construyeron una ingeniosa trampa para atrapar la materia oscura

Aunque se estima que la materia oscura y la energía oscura constituyen el 95 por ciento de la materia en el universo, los científicos nunca las han observado directamente. Un nuevo experimento en la Universidad de Nottingham intenta abordar este misterio mediante la creación de una “trampa” de materia oscura para estudiar las paredes de dominio, acorde a la teoría de los campos escalares. Este proyecto ha tardado tres años en completarse y se esperan resultados en un año.

El Modelo Estándar de Física es actualmente nuestra mejor herramienta para describir cómo funciona el universo, gracias a las mejoras proporcionadas por la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein y el descubrimiento del bosón de Higgs. Sin embargo, este modelo tiene una gran carencia: no puede explicar la materia oscura y la energía oscura. Estas dos entidades, que nunca hemos detectado directamente, constituyen el 95 por ciento del universo. Podemos inferir su existencia por los efectos gravitacionales en la materia visible.

En un estudio publicado en la revista Physical Review D, los científicos de la Universidad de Nottingham introducen una partícula denominada campo escalar y han construido una trampa para detectar un efecto de la materia oscura conocido como paredes de dominio. La profesora Clare Burrage, autora principal del estudio, explica: “A medida que la densidad se reduce, se forman defectos. Esto es similar a cuando el agua se congela en hielo; las moléculas de agua, que son aleatorias, al congelarse forman una estructura cristalina con moléculas alineadas aleatoriamente, que crean líneas de falla. Algo similar sucede en los campos escalares a medida que la densidad disminuye. No se pueden ver estas líneas de falla a simple vista, pero si las partículas pasan a través de ellas, podría cambiar su trayectoria. Estos defectos son paredes oscuras y pueden probar la teoría de los campos escalares”.

Para llevar a cabo este experimento, el equipo ha creado recipientes impresos en 3D diseñados específicamente para “atrapar” paredes oscuras, que se basa en cálculos teóricos. Para activar esta trampa, los científicos enfriarán átomos de litio hasta casi el cero absoluto usando fotones láser y los colocarán en un vacío especial que imita un cambio en la densidad.

Lucia Hackermueller, quien diseñó el experimento, explicó: “Los recipientes impresos en 3D que estamos utilizando como cámara de vacío se han construido a partir del uso de cálculos teóricos de paredes oscuras. Esto ha creado lo que pensamos es la forma, estructura y textura ideales para atrapar la materia oscura. Para demostrar que las paredes oscuras han sido atrapadas, dejaremos que una nube de átomos fríos pase a través de esas paredes. La nube se desviará si estas paredes existen”.

Este experimento, que ha llevado tres años de desarrollo, podría proporcionar resultados en un año. Sin embargo, incluso si las paredes oscuras no son detectadas, el experimento ofrecerá información valiosa sobre las misteriosas fuerzas que forman la base del universo conocido. La detección de las paredes oscuras sería un avance significativo en la evidencia de los campos escalares, que proporcionan una nueva comprensión de la expansión del universo y su aceleración.

En paralelo, otros avances recientes también han contribuido a nuestra comprensión de la materia oscura. Un equipo de científicos del Telescopio Cosmológico de Atacama (ACT) en los Andes chilenos ha creado un mapa revolucionario de la materia oscura, que proporcionan una nueva visión que confirma que las estructuras masivas en el universo crecen y curvan la luz, tal y como predijo Einstein. La materia oscura, que representa el 85% del universo, ha sido difícil de detectar porque no interactúa con la luz ni con otras formas de radiación electromagnética, que interactuan solo con la gravedad.

Para localizar esta materia oscura, los científicos observaron la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB), la luz que emana desde los inicios del universo. Al observar cómo la atracción gravitatoria de estructuras grandes y pesadas, incluida la materia oscura, deforma el CMB en su viaje de 14.000 millones de años hasta nosotros, los científicos del ACT pudieron mapear la materia oscura invisible.

Los resultados obtenidos fueron sorprendentes. Blake Sherwin, catedrático de Cosmología de la Universidad de Cambridge y líder del equipo de investigación del ACT, comentó: “Hemos creado un nuevo mapa de masas a partir de las distorsiones de la luz que dejó el Big Bang. Sorprendentemente, proporciona mediciones que demuestran que tanto el ‘abultamiento’ del universo, como el ritmo al que está creciendo tras 14.000 millones de años de evolución, son justo lo que cabría esperar de nuestro modelo estándar de cosmología basado en la teoría de la gravedad de Einstein”.