Uno de los grandes misterios de la astrofísica mode a es la naturaleza de la materia oscura. Es la misteriosa sustancia que los expertos aseguran que tiene que existir para dar lugar a las fuerzas gravitatorias necesarias para mantener unidas las galaxias.
El consenso general es que hay alrededor de cinco veces más de materia oscura que materia visible en el universo. Dicho esto, surgen preguntas evidentes: ¿Qué es esta sustancia y cómo podemos detectarla?
La búsqueda de respuestas a estas preguntas han disparado una carrera desatada entre los físicos por detectar la materia oscura y medir sus características. Pero los resultados de sus experimentos son desconcertantes y contradictorios. Algunos laboratorios afirman haber detectado la sustancia mientras que otros parecen desechar la posibilidad si quiera.
Lo que se necesita, evidentemente, son más datos que provengan de toda una variedad de detectores. Y el investigador de la Universidad de Michigan (EEUU) Alejandro López-Suárez propone una novedosa idea. Espera detectar la materia oscura por el efecto que tiene sobre los explosivos.
Su plan es crear pequeñas partículas explosivas lo suficientemente sensibles para detonarse cuando choquen con un trozo de materia oscura. Una vez creadas, los físicos se sientan a esperar los fuegos artificiales.
La tecnología clave que hay detrás de este plan es el desarrollo de gránulos de materiales termita que explotan cuando entran en contacto con un agente oxidante. Hace mucho que los ingenieros usan gránulos a escala de micrones, pero en los últimos años también han empezado a desarrollar nanogránulos.
Los materiales implicados son relativamente normales. Las nanopartículas se pueden hacer de metales como el aluminio y el terbio, y el agente oxidante podría ser algo tan sencillo como el óxido de hierro.
Dada una cantidad de energía suficiente para poner en marcha la reacción, el metal se calienta y reacciona para formar un óxido de metal. "Cuando una partícula de materia oscura choca con la capa metálica, el metal puede calentarse lo suficiente como para superar la barrera química de energía entre el metal y el óxido de metal", explica el investigador. "En consecuencia se produce una explosión".
El diseño de un detector de estas características también es relativamente sencillo. Está hecho de una gran cantidad de celdas aisladas unas de otras. Cada celda consiste en un gel oxidante en el que se incrustan partículas metálicas.
Un detector completo necesitaría muchas celdas, hasta 10^14 incluso, para crear una masa objetivo de un kilogramo más o menos. Los físicos pueden "ver" lo que sucede escuchando las explosiones mientras ocurren.
Este diseño presenta numerosas ventajas respecto a otros detectores. La primera es que es relativamente fácil distinguir partículas de materia oscura del ruido de fondo creado por la radiación ionizante, por ejemplo.
Cuando una partícula de materia oscura choca con una nanopartícula, se calienta, disparando una microexplosión. Esta calienta otras nanopartículas cercanas creando una reacción en cadena que se extiende por la celda. El resultado es explota una única celda dentro del detector.
En contraste, la radiación ionizante, por ejemplo una partícula alfa, pasaría a través de numerosas celdas, provocando que todas explotaran. Así que la señal producida por una única celda explotando puede distinguirse fácilmente de los sonidos creados por el ruido de fondo.
Otra ventaja es que este mecanismo de reacción en cadena amplifica la señal de una partícula única de materia oscura haciendo que sea más fácil de detectar. Además tiene un umbral energético bajo, lo que permite detectar incluso partículas de materia oscura relativamente ligeras.
Una pregunta importante, evidentemente, es si un detector de estas características funcionaría. Lopez-Suarez y compañía han hecho sus cálculos y decidido que las partículas de aluminio o iterbio incrustadas en un gel oxidante y mantenidos a la temperatura del hidrógeno líquido deberían funcionar perfectamente.
Es una idea interesante. La próxima fase sería empezar a probar estos materiales para ver cómo se podrían combinar en un prototipo de detector. El problema al que se enfrenta este grupo es cómo fabricar el detector sobre la superficie de la Tierra, donde el ruido de fondo de la radiación ionizante probablemente sea alto.
Muchos de los experimentos que se llevan a cabo relacionados con la materia oscura se albergan en las profundidades de las minas precisamente por este motivo. Este nuevo diseño quizá también tenga que colocarse bajo tierra, incluso fabricarse bajo tierra.
Ahora mismo existe bastante interés por encontrar nuevos tipos de detectores de materia oscura. El año pasado vimos un diseño en el que había una cámara de rastreo de ADN que detectaba las partículas de materia oscura observando el efecto que tiene sobre cadenas de ADN.
Este enfoque es igual de innovador. Será interesante ver si alguno de ellos llega a ver la luz del día.
Ref: http://arxiv.org/abs/1403.8115: New Dark Matter Detectors using Nanoscale Explosives