Luz en la oscuridad

En la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó el cúmulo de galaxias Coma y se dio cuenta de que algo no encajaba. La masa de los conjuntos estelares que se captaban con los telescopios no era suficiente para mantener la elevada velocidad de sus órbitas.

Otro tipo de materia, no detectable con la tecnología disponible entonces, debía de estar ahí, oculta, pero haciendo posible que la gravedad mantuviese unidas a las galaxias. A esta materia, que ni emite ni refleja suficiente radiación electromagnética como para ser observada de forma directa, los astrónomos la denominaron “materia oscura”.

Pese a estar presente en casi todos los cálculos que emplean los astrónomos para explicar el funcionamiento del Universo, esta forma hipotética de materia no había sido hasta ahora detectable; eran necesarios aparatos extremadamente sensibles, que permitieran capturar unas partículas que interactúan de forma demasiado débil.

Esto ha empezado a cambiar.En 2000 un equipo dirigido por la profesora de la Universidad de Roma Rita Bernabei afirmó haber conseguido detectar partículas de materia oscura con el experimento Dama (abreviatura del termino en inglés, dark matter) tras confirmar una predicción teórica.

Los cálculos indican que la cantidad de este tipo de partículas en las inmediaciones de la Tierra fluctúa a lo largo del año, mientras el planeta sigue al Sol en su periplo alrededor del centro de la galaxia.

Durante varios años, en un laboratorio enterrado a más de un kilómetro de profundidad, en el interior de la montaña italiana Gran Sasso, los investigadores registraron los destellos luminosos provocados por las WIMPs (partículas masivas de interacción débil que, en teoría, conforman la materia oscura) cuando chocaban contra un detector con 100 kilos de cristales de yoduro de sodio.

La estadística mostraba que la variación cronológica en la frecuencia de los impactos se correspondía con la densidad de materia oscura prevista para cada una de las regiones de la galaxia que la Tierra atraviesa a lo largo del año.

Aquella habría sido la primera detección de materia oscura de la historia, pero la comunidad científica mostró sus dudas ante los resultados de Bernabei. “No hay ningún experimento que sea igual que DAMA, por lo tanto es complicado comprobar que los hallazgos de ese detector son válidos”, explica Carlos Muñoz, físico de la Universidad Autónoma de Madrid.

Otros detectores discriminan más que el italiano entre los distintos tipos de partícula que chocan contra ellos, pero aún no han atrapado materia oscura.Para acallar las críticas, el equipo italiano volvió a realizar un experimento similar (ahora llamado Dama/Libra), pero en esta ocasión con 250 kilogramos de yoduro de sodio, para poder atrapar un número mayor de partículas de materia oscura.

Bernabei ha publicado ya en arxiv.org la confirmación de sus resultados, que en esta ocasión han sido mejor recibidos. “Deberíamos prestar atención a esto; no deberíamos ignorarlo”, opina el astrofísico Frank Halzen, de la Universidad de Wisconsin-Mádison, presente en la conferencia de Venecia donde se presentó el hallazgo.

Pero para que los resultados del grupo italiano sean aceptados, será necesaria una confirmación de la validez del experimento, realizada por científicos independientes en un lugar diferente.

Esta tarea va a ser desarrollada por investigadores españoles que, en un experimento bautizado como ANAIS, intentarán repetir la detección de materia oscura. Para ello, un equipo dirigido por el profesor de la Universidad de Zaragoza José Ángel Villar trata de obtener los fondos necesarios para juntar 250 kilos de cristales de yoduro de sodio. “Por ahora ya tenemos un experimento aprobado con 100 kilos, pero si logramos llegar a 250, podríamos detectar antes el efecto”, indica Villar. El proyecto ya ha recibido una financiación de 800.000 euros para la prueba básica. Con medio millón de euros más se lograría llegar al máximo deseado.

En opinión de Muñoz, la realización de este experimento, que ha logrado atraer atención en todo el mundo, sería una buena manera de dar un empujón a la visibilidad internacional del Laboratorio de Canfranc (Huesca).

Varios métodos

Después de 70 años, la posibilidad de estudiar la materia oscura, que conforma una quinta parte del Universo, comienza a ser una realidad. Para cercar a las escurridizas partículas que la componen, será necesario combinar distintos métodos.

El trabajo desde los observatorios subterráneos se completará con el de aceleradores de partículas, como el LHC (que comenzará a funcionar este verano). Éstos podrían ayudar a determinar el rango de masas en que se encuentran los neutralinos (uno de los principales candidatos a materia oscura).

Después, telescopios como el detector de rayos gamma GLAST, lanzado al espacio la semana pasada, podrían llegar a detectarlas de forma indirecta. La materia oscura, según parece, empieza ya a no serlo tanto.

Rita Bernabei, física de la Universidad de Roma: «El nivel de confianza es muy alto»1 ¿Cree que el nuevo experimento convencerá a los científicos que no quedaron satisfechos con los resultados de su anterior trabajo?

Ya hemos ofrecido evidencias de la detección de materia oscura con nuestro anterior experimento DAMA, del que publicamos resultados regularmente desde 1998 hasta 2003. El aumento de la exposición a dicha materia oscura incrementó el nivel de confianza de esta evidencia.  Pero el hecho es que ahora lo hemos vuelto a confirmar con el nuevo experimento DAMA / LIBRA, con un elevado nivel de confianza.

2 ¿Es posible, con su experimento, obtener información sobre la materia oscura que vaya más allá de la comprobación experimental que ya existe?

La firma de modulación anual que utiliza Nal(TI) –sugerida por el equipo de la física teórica Katherine Freese en los años 80 del siglo pasado– permitía investigar la presencia de partículas de materia oscura en el halo galáctico con independencia de su naturaleza. Ésta, así como sus escenarios astrofísico, nuclear y de física de partículas se pueden investigar realizando modelos dependientes de análisis corolarios, que podrían ofrecer la respuesta a un determinado nivel de seguridad. Por otra parte, es importante señalar que no existe ninguna aproximación a la investigación de la naturaleza de las partículas de materia oscura que pueda ofrecer esta información con independencia de modelos asumidos.

3 ¿Es su experimento una prueba definitiva de las partículas que forman la materia oscura?

El poder de una evidencia depende de su nivel de confianza. Nuestro experimento está a un nivel muy alto.

4. Aparte de su trabajo, ¿qué otros experimentos encuentra prometedores?

Existe uno con la misma aproximación que el nuestro que puede ser de su interés. Se trata del proyecto ANAIS en el laboratorio español Canfranc, que está haciendo esfuerzos para mejorar y usar algunos detectores de Nal(TI).