EL CERN, EN BUSCA DE LA MATERIA OSCURA

Diseñado para buscar partículas ligeras y de interacción débil, asociadas con la materia oscura.

Arturo Moncada
Todo menos politica
Foto: Especial
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Para la comunidad científica la materia oscura, una sustancia invisible y extraña que se cree mantiene unidas a las galaxias, sigue siendo uno de los mayores misterios astrofísicos: a pesar de que supone la conformación de 27% del Universo es extraordinariamente difícil de detectar porque, a diferencia de la materia normal, la oscura no absorbe, refleja ni emite luz. De hecho, hasta ahora solamente se ha podido deducir su existencia por medio del efecto gravitacional que ejerce sobre la materia visible.

Para averiguar la composición de la materia oscura la comunidad científica emplea modelos precisos para comparar su distribución en las galaxias. En este sentido la capacidad para medir la materia oscura sería un primer paso en la resolución del misterio que envuelve su naturaleza, pero la ausencia de gas y la reducida cantidad de estrellas en enanas ultratenues imposibilitan esas mediciones.

Investigación

Para arrojar algo de luz acerca de esta fracción oscura del Universo la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), el mismo organismo responsable del hallazgo del Bosón de Higgs, aprobó un nuevo experimento diseñado para buscar partículas ligeras y de interacción débil asociadas con la materia oscura.

Se trata del proyecto Faser (Forward search experiment o Experimento de búsqueda hacia adelante), un detector que medirá menos de cinco metros de largo y cuya estructura cilíndrica central tendrá un radio de unos diez centímetros. En cuanto a su construcción tendrá lugar en una zona lateral a lo largo de una línea de transferencia no utilizada que conecta al Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) con su inyector, el sincrotrón Super Proton.

El experimento se instalará durante el periodo de descanso del acelerador en curso y comenzará a tomar datos durante la fase tres de operación, entre 2021 y 2023.

Así complementará el programa de física en curso del CERN, desarrollado mediante el LHC, extendiendo su potencial de descubrimiento a varias nuevas partículas.

Desarrollo

Como ya se mencionó el problema de la materia oscura es que se trata de una sustancia hipotética que no interactúa con la fuerza electromagnética y, por lo tanto, no puede detectarse directamente utilizando la luz emitida. Por ello, Faser se centrará en la búsqueda de un conjunto de partículas hipotéticas que incluyan los llamados fotones oscuros, partículas asociadas con la materia oscura, neutralinos y otros.

Mike Lamont, cocoordinador del grupo de estudio PBC (Physics Beyond Collider) que supervisa Faser, señala que “este nuevo experimento ayuda a diversificar el programa de física de colisionadores como el LHC y nos permite abordar preguntas sin respuesta en materia de física de partículas desde una perspectiva diferente”.

Los cuatro detectores principales del LHC no son adecuados para detectar la luz y las partículas que interactúan débilmente —las partículas exóticas escaparían de los detectores existentes a lo largo de las líneas de haz actuales y permanecerían sin ser detectadas—, por lo que Faser se ubicará a lo largo de la trayectoria del haz, 480 metros abajo desde el punto de interacción dentro del detector ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS).

Así, aunque los protones en los haces de partículas serán doblados por los imanes alrededor del LHC, las partículas ligeras que interactúan muy débilmente continuarán a lo largo de una línea recta y sus “productos de descomposición” podrán ser detectados por Faser. Las nuevas partículas potenciales estarían muy colimadas con el rayo, extendiéndose muy poco.

Eckhard Elsen, director de Investigación y Computación del CERN, indicó que “Faser es una propuesta de física ordenada que aborda un aspecto particular en la búsqueda de física más allá del modelo estándar y me complace ver que se implementa de manera tan eficiente”.

Ventajas y objetivos deFaser

Muchos de sus componentes, como detectores de silicio, calorímetros y electrónicos, se tomarán prestados de las colaboraciones ATLAS y LHCb.

Con la toma de componentes de otras investigaciones se puede ensamblar un instrumento que cuesta cientos de veces menos que los experimentos más grandes en el LHC.

Su esquema de construcción, desde el ensamblaje y la instalación hasta la recopilación de datos y el informe de los resultados, llevará poco tiempo para estar funcionando.

El detector será uno de los ocho instrumentos de investigación en el LHC.

En 2024 comenzará la construcción del detector Faser2, el cuál será más grande y capaz de descubrir una gama aún más amplia de misteriosas partículas ocultas.

Fuente: Simons Foundation