Científicos a punto de descifrar el misterio de la materia oscura del universo

Los físicos nucleares están más cerca que nunca de encontrar la fuente de la misteriosa materia oscura del Universo, después de un año de investigaciones mejor de lo esperado utilizando el detector de partículas Solenoide Compacto de Muones (CMS), que forma parte del Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Ginebra, Suiza.

Los científicos han llevado a cabo la primera ejecución completa de experimentos colisionando y aplastando protones casi a la velocidad de la luz. Cuando estas partículas subatómicas chocan en el corazón del Solenoide Compacto de Muones, la energía y densidades resultantes son similares a las que estaban presentes en los primeros instantes del Universo, inmediatamente después del Big Bang, hace unos 13.7 millones de años. Las condiciones únicas creadas por estas colisiones pueden conducir a la producción de nuevas partículas que existieron en el Universo temprano y han desaparecido desde entonces.

Los investigadores dicen que están bien avanzados y pronto serán capaces de confirmar o descartar una de las teorías principales que podría resolver muchas de las cuestiones pendientes de la física de partículas, conocida como supersimetría (SUSY). Muchos esperan que podría ser una extensión válida para el modelo estándar de la  física de partículas, que describe las interacciones de las partículas subatómicas conocidas con precisión asombrosa, pero falla o no toma en cuenta la relatividad general, la materia oscura y energía oscura.

La materia oscura es una sustancia invisible que no podemos detectar directamente, pero cuya presencia se infiere de la rotación de las galaxias. Los físicos creen que constituye una cuarta parte de la masa del Universo, mientras que la materia ordinaria y visible sólo representa aproximadamente el 5% de la masa del Universo. Su composición es un misterio, dando lugar a posibilidades interesantes de la física hasta ahora no descubiertas.

Vista parcial del Solenoide Compacto de Muones (CMS) en las facilidades del CERN.El profesor Geoff Hall del Departamento de Física del Imperial College de Londres, que trabaja en el experimento del CMS, dijo: "Hemos dado un importante paso adelante en la búsqueda del origen de la materia oscura, aunque ningún descubrimiento ha sido hecho. Hemos obtenido estos resultados más rápido de lo que esperábamos debido a que tanto el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) como el Solenoide Compacto de Muones (CMS) trabajaron mucho más eficientemente el año pasado de lo que esperábamos y ahora estamos muy optimistas sobre las perspectivas de poder resolver los misterios de la materia oscura y de la supersimetría en los próximos años".

La energía liberada en las colisiones de protones del CMS se manifiesta en forma de partículas que vuelan en todas direcciones. La mayoría de las colisiones producen partículas conocidas, pero, en raras ocasiones, se pueden producir nuevas partículas, como las previstas por la supersimetría - conocidas como partículas supersimétricas, o "spartículas". La spartícula más ligera es un candidato natural para la materia oscura, ya que es estable y el CMS sólo "vería" estos objetos a través de la ausencia de su señal en el detector, lo que llevaría a un desequilibrio de la energía y su impulso. Con el fin de buscar estas elusivas spartículas, el CMS provoca colisiones que producen dos o más 'jets' de alta energía (racimos de partículas que viajan aproximadamente en la misma dirección) y energía faltante significativa.

El Dr. Oliver Buchmueller, también del Departamento de Física del Imperial College de Londres, y del CERN, explicó: "Necesitamos una buena comprensión de las colisiones ordinarias para que podamos reconocer los inusuales cuando se producen colisiones son raros. pero puede ser producido por la física conocida. Examinamos unas 3 billones de colisiones protón-protón y encontramos 13 partículas parecidas a las propuestas por la supersimetría, alrededor del número que se esperaba. Aunque no encontramos evidencias de spartículas, esta medida limita el ámbito de la búsqueda de materia oscura de manera significativa".

Los físicos ahora esperan con interés que los resultados de las próximas pruebas del LHC y el CMS, aporten nuevos datos que podrían confirmar la supersimetría como una explicación de la materia oscura. El CMS es uno de dos experimentos de propósito general diseñado para recoger datos del LHC, junto con el ATLAS. El High Energy Physics Group del Imperial College de Londres ha jugado un papel importante en el diseño y la construcción del CMS, y ahora muchos de los miembros están trabajando en la misión de encontrar nuevas partículas, incluyendo el elusivo bosón de Higgs (si existe), y resolver algunos de los misterios de la naturaleza, por ejemplo: De dónde proviene la masa? Por qué no hay antimateria en nuestro Universo? Existen más de tres dimensiones espaciales? etc.

Fuente: Imperial College London