Casi diez kilómetros de túneles te llevan un kilómetro bajo tierra hasta el Laboratorio de Física Subterráneo de Stawell. Crédito: Imogen Crump
Se tarda alrededor de media hora en llegar al Laboratorio de Física Subterráneo de Stawell. Treinta minutos pueden no parecer mucho tiempo, pero eso es media hora que se pasa sumergiéndose en un camión mientras se retuerce y se adentra en los túneles oscuros de la mina de oro Stawell.
La profesora Elisabetta Barberio no se inmuta. El físico de la Universidad de Melbourne y director del Centro de Excelencia para la Física de Partículas de Materia Oscura ha realizado el viaje por debajo de un kilómetro de roca muchas veces.
«Hace más calor y más humedad», dice, mientras los faros del camión iluminan otra pared de roca escarpada que se curva hacia la oscuridad, «pero el laboratorio tiene aire acondicionado».
El Laboratorio de Física Subterráneo Stawell (SUPL) es el único laboratorio de física subterráneo en el hemisferio sur y su objetivo es responder a una de las preguntas fundamentales sobre nuestro universo: ¿existe la materia oscura?
Por el momento, a pesar de décadas de investigación, la existencia de partículas de materia oscura es teórica, pero la forma en que se comporta nuestro universo nos dice que algo debe estar allí.
De hecho, sin él, el universo tal como lo conocemos podría no existir en absoluto.
Según el profesor Barberio, solo podemos observar realmente alrededor del cinco por ciento de todo el universo; el resto está compuesto en parte por materia oscura: partículas fundamentales invisibles que componen la mayor parte de la materia, no tienen carga eléctrica, no producen luz y no interactúan mucho con nada que podamos ver.
«No importa dónde estemos en la Tierra, bajo tierra o sobre la tierra, tenemos miles, si no millones, de partículas de materia oscura que nos atraviesan y no nos hacen nada. Para estas partículas, somos transparentes», dice el profesor. Barberio.
Pero, ¿por qué el laboratorio está en el fondo de una mina de oro?
«La investigación de la materia oscura debe realizarse a esta profundidad subterránea para eliminar el ‘ruido’ cósmico y la radiación. Los rayos cósmicos son absorbidos por la roca, por lo que si profundizas lo suficiente, puedes reducirlos a casi cero», dice el profesor Barberio.
Los científicos italianos que trabajan en el proyecto DAMA/LIBRA afirman haber detectado materia oscura en el laboratorio subterráneo Gran Sasso que se encuentra dentro de una montaña, pero la señal que detectaron fluctúa a lo largo del año, de acuerdo con las estaciones de la Tierra.
«A medida que la Tierra gira alrededor del Sol, las partículas de materia oscura son arrastradas hacia nosotros por un viento de frente o de cola. Si es un viento de frente, hay más materia oscura; si es un viento de cola, hay menos», dice el profesor Barberio.
Y por eso existe el laboratorio SUPL en el hemisferio sur, donde se pueden replicar las pruebas italianas y descartar variaciones estacionales.
El laboratorio en sí se parece un poco a la guarida subterránea de un villano de Bond. El profesor Barberio está de acuerdo.
«Todo es parte de mi plan secreto para conquistar el mundo». Ella no termina de sacar la risa malvada.
El principal experimento que se lleva a cabo en el laboratorio subterráneo se conoce como Experimento sur de yoduro de sodio con rechazo de fondo activo (o SABRE Sur para abreviar).
El dispositivo utilizado para detectar la materia oscura ocupará casi un tercio del laboratorio completamente estéril que mide 33 metros de largo y 10 metros de ancho con un techo de 14 metros de altura.
Utilizará siete cristales de yoduro de sodio ultrapuro alojados en cilindros y envueltos en cobre, con dos instrumentos muy sensibles, llamados fotomultiplicadores, en cada extremo.
Estos siete cristales, que se cultivan en los Estados Unidos y China, se alojan en un tanque protegido contra la radiación lleno de unas 12 toneladas métricas de un líquido llamado benceno.
«Si las partículas de materia oscura interactúan con el cristal, se produce un destello de luz que será captado por los fotomultiplicadores», dice el profesor Barberio.
«Se han probado muchos experimentos con muchos elementos diferentes, pero fue el experimento DAMA/LIBRA en Italia usando cristal de yoduro de sodio el que produjo esta luz de lo que creemos que son interacciones con la materia oscura».
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La investigación de la materia oscura debe llevarse a cabo a estas profundidades subterráneas para eliminar el «ruido» cósmico y la radiación. Crédito: Imogen Crump
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Una maqueta del cilindro de la carcasa de cristal que los científicos están usando para acostumbrarse al manejo antes del experimento. Crédito: Imogen Crump
Y son las propiedades del yoduro de sodio las que lo hacen tan sensible.
«La materia oscura interactúa con el núcleo del cristal, por lo que la masa del núcleo es importante. Dependiendo de la masa de materia oscura, diferentes materiales tendrán una sensibilidad diferente.
«Entonces, si la materia oscura es una gran masa, un núcleo con una gran masa será más sensible».
En este punto, el profesor Barberio nota mi rostro en blanco.
«Piense en una bola de billar. Si tiene una bola de billar grande y la materia oscura es una bola de billar mucho más pequeña, no podrá mover la bola grande, por lo que no producirá una señal. Pero si su materia oscura la bola de billar es enorme, simplemente aplastará todo.
La profesora Elisabetta Barberio y el equipo de SABRE recopilarán datos del laboratorio subterráneo durante los próximos tres años. Crédito: Imogen Crump
«Necesitas tener dos bolas de billar, o núcleos, que sean del mismo tamaño, luego obtienes una señal clara».
SABER recopilará datos durante los próximos tres años más o menos. Como contexto, el proyecto DAMA/LIBRA de Italia ha estado recopilando datos durante más de veinte años.
«Es un experimento difícil de reproducir, es muy sensible.
«Solo necesitamos poder decir ‘sí’ o ‘no’ a si hemos visto la misma señal que Italia, por lo que no tomará tanto tiempo».
«Pero si es sí, oh Dios».
Ahora hay otros cinco experimentos que intentan verificar los resultados de la investigación italiana: en España, Corea, Japón, Austria y Estados Unidos. Lo que lo hace sentir como una especie de carrera para probar la existencia de la materia oscura.
Pero con el único detector de materia oscura en el hemisferio sur, el equipo de investigación de Stawell, compuesto por científicos de la Universidad Tecnológica de Swinburne, la Universidad de Adelaide, la Universidad Nacional de Australia, la Universidad de Sydney y la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) , así como la Universidad de Melbourne, está en el palco para hacer el mayor descubrimiento del siglo.
El profesor Barberio parece indignado cuando digo esto y luego se ríe.
«No solo este siglo, será uno de los mayores descubrimientos de la historia: descubrir de qué está hecho el universo».
Encontrar materia oscura en la oscuridad
Citación: Excavando profundamente en busca de materia oscura (22 de agosto de 2022) recuperado el 23 de agosto de 2022 de https://phys.org/news/2022-08-deep-dark.html
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