Com detectar la matèria fosca?

Tenim una visió molt simplificada de l’Univers. En veure les belles imatges que ens proporciona el telescopi espacial Hubble pensem en el cosmos format per estrelles, planetes, nebuloses de gas, galàxies i cúmuls de galàxies. L’Univers és bell i comprensible. I amb els àtoms d’aquesta matèria generada en l’interior de les estrelles s’ha creat la vida.

Tanmateix l’Univers és molt més que tot això. Existeix una matèria que no brilla però que interacciona gravitatòriament amb la matèria ordinària de la qual estem formats. D’ella no en sabem pràcticament res, només que no brilla i per això, amb molta imaginació, se l’anomena matèria fosca.

Les dades proporcionades per la missió Planck van determinar que la contribució de la matèria fosca a l’inventari de matèria i energia de l’Univers és realment notable, ja que representa un 27% del total. De fet les partícules i àtoms que formen la matèria ordinària de la que estem fets tots nosaltres només abasta prop d’un 5%.

La matèria visible ordinària constitueix només una petita quantitat de la composició de l’univers. L’energia fosca, una entitat misteriosa que accelera l’expansió de l’univers, domina, seguida de la matèria fosca, material invisible que exerceix un estirada gravitatòria. Crèdit: NIST

Va ser la notable astrònoma nord-americana Vera Rubin la qui, en observar el moviment d’estrelles i nebuloses de la galàxia d’Andròmeda, descobrí que aquests objectes giren més ràpidament del que s’esperaria si, com passa al sistema solar, la major part de la massa es concentrara en el centre. Els objectes celestes situats en la perifèria de les galàxies espirals com la Via Làctia o la galàxia d’Andròmeda giren com si existira una matèria invisible que les empeny amb una força gravitatòria.

Existeix, per tant, una matèria no visible que estructura i modula els moviments del gas i de les estrelles en les galàxies i el moviment de les galàxies en els cúmuls de galàxies. Encara no sabem de què està feta aquesta misteriosa matèria però d’alguna forma Vera Rubin va eixamplar l’Univers. Mereixia el premi Nobel de Física i ha estat una injustícia que no li’l donaren.

Aquesta matèria que no brilla, fosca per tant, està formada per partícules, objectes o alguna cosa amb massa però fins ara no s’ha pogut esbrinar de que es tracta. És un dels grans misteris de l’astrofísica moderna. Una matèria fantasmal que empeny però que no es deixa atrapar.

Des de que es descobrí la matèria fosca l’any 1970 moltes han estant les propostes per explicar l’estranya matèria. Però totes han anant caient davant les evidències observacionals: forats negres estel·lars, planetes flotant lliures. etc… Els físics de partícules, per la seua banda, han proposat l’existència d’una nova partícula molt massiva, anomenada WIMP (partícula massiva amb interacció feble), que va ser el candidat principal per explicar la matèria fosca durant més de dues dècades. Tanmateix aquesta hipotètica partícula, si realment existeix, encara no ha estat descoberta.

Per això els científics del National Institute of Standards and Technology (NIST) dels Estats Units han pensat que seria més efectiu detectar alguna senyal de l’elusiva matèria fosca si realment mesuren l’única propietat que saben que realment té, la força gravitatòria causada per la seua massa.

A la recerca d’evidències directes, els investigadors del NIST han proposat utilitzar una matriu 3D de pèndols com a detectors de força, que podrien detectar la influència gravitatòria de les partícules de matèria fosca que passen entre elles. Quan una partícula de matèria fosca està a prop d’un pèndol suspès, el pèndol s’ha de desviar lleugerament a causa de l’atracció d’ambdues masses. Tanmateix, aquesta força és molt petita i difícil d’aïllar del soroll ambiental (partícules de l’ambient, raigs còsmics, microsismes, variacions de pressió i temperatura, etc.) que fa moure el pèndol. Per aïllar millor les deflexions de les partícules que passen, els investigadors del NIST proposen utilitzar una matriu de pèndols. El soroll ambiental afecta cada pèndol individualment i fa que es moguen de forma independent. No obstant això, les partícules que passen per la matriu produiran deflexions consecutives dels pèndols (mireu el vídeo). Com que aquests moviments estan correlacionats, es poden aïllar del soroll de fons, revelant quanta força subministra una partícula a cada pèndol i la velocitat i direcció de la partícula de matèria fosca.

Daniel Carney, un físic teòric de NIST i col·laboradors calculen que aquest mètode pot trobar partícules de matèria fosca amb una massa mínima aproximada de la meitat que la d’un gra de sal, o aproximadament mil milions de milions de vegades la massa d’un protó.

Com que l’única incògnita de l’experiment és la massa de la partícula de matèria fosca, no com s’uneix a la matèria ordinària, “si algú construeix l’experiment que suggerim, trobarà matèria fosca o descartarà tots els candidats a la matèria fosca en un ampli ventall de possibles masses “, ha dit Carney. L’experiment seria sensible a partícules que oscil·len entre aproximadament 1 / 5.000 d’un mil·ligram i uns quants mil·ligrams.

Aquest experiment amb pèndols extremadament sensibles té similituds amb els detectors d’ones gravitatòries LIGO i Virgo encara que no serien tan costosos ni difícils de fer.  Només cal que alguna institució s’interesse i s’hi troben els fons necessaris. Espere que no triguem massa en poder veure-ho en funcionament.

Més informació:

A Billion Tiny Pendulums Could Detect the Universe’s Missing Mass

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.