China estudia en hiperlaboratorio subterráneo la materia oscura, uno de los enigmas del universo

A una profundidad de 2,4 kilómetros, alejados del mundo y con el cobijo de las grandes montañas de Jinping, en Sichuan, un equipo de investigadores de China se ha trazado la misión de comprender la materia oscura. Luego de 13 años de construcción, el Laboratorio Subterráneo Jinping de China finalmente comienza a adentrarse en uno de los principales enigmas de la cosmología contemporánea.

Tarea ardua tienen entre manos. La materia oscura es uno de los más grandes misterios del universo que ha cautivado a la comunidad científica por décadas y, pese a tantos estudios, es poco lo que se conoce. La astrofísica señala que es un tipo de materia que corresponde a aproximadamente el 85% de la materia del universo y que no es energía oscura, materia bariónica, ni neutrinos.

 Es, además según la NASA, la hipotética sustancia que podría ser responsable de la organización de las galaxias a gran escala. Es un componente invisible del universo cuya presencia se discierne sólo por su atracción gravitacional más que por su luminosidad”.

Los científicos estudian la materia oscura viendo los efectos que esta produce sobre los objetos visibles. “Investigarla es importante para entender el tamaño, la forma y el futuro del universo. Ayudará a explicar definitivamente la formación y evolución de las galaxias y cúmulos”, precisa la agencia espacial estadounidense.

El nuevo centro de investigación chino cuenta con un espacio de 330 mil metros cúbicos, convirtiéndose en el laboratorio más grande de su tipo. Superando al Laboratorio Nacional del Gran Sasso en L’Aquila, Italia. El CJPL fue construido en colaboración con la Universidad de Tsinghua y la compañía Yalong River Hydropower Development.

Dado lo difícil que resulta cuantificar la materia oscura, los científicos necesitan centros de investigación libres de ruido e interferencia cósmica. El Laboratorio Subterráneo Jinping de China está ubicado a 2.400 metros bajo la superficie, reseña la revista científica Nature. Cuenta con paredes cubiertas por una película protectora de caucho y hormigón de 10 centímetros de espesor. Esto le permite recibir únicamente el 0.000001% de los rayos cósmicos que impactan la Tierra diariamente.

 

Dentro del laboratorio subterráneo, destacan el Experimento Astrofísico y de Partículas de Xenón (PandaX) y el Experimento de Materia Oscura de China (CDEX). El primero es un sistema robusto diseñado para detectar la colisión de posibles partículas de materia oscura contra átomos de gas xenón. Mientras que el segundo utiliza un detector de germanio de hasta 10 kilogramos para localizar materia oscura que genere señales eléctricas.

Esta gigantesca instalación permitirá a los científicos buscar materia oscura con más de 1,6 kilómetros de roca protegiendo sus detectores de los interferentes rayos cósmicos. Observar materia oscura en la Tierra sin estar bajo tierra se compara con intentar escuchar la voz tenue de un niño dentro de un estadio donde todos están gritando.

El CJPL ha actualizado su detector de xenón líquido de 264 libras a uno de 4 toneladas métricas llamado PandaX-4T. Los científicos esperan que las partículas de materia oscura colisionen con átomos de xenón, propiciando suficiente luz para ser detectada por los fotosensores del dispositivo.

A pesar de estos avances, la naturaleza esquiva de la materia oscura sigue siendo un enigma. “Todavía tenemos mucho trabajo por hacer“, comentó Ning Zhou, miembro del equipo PandaX-4T y físico de la Universidad Jiao Tong de Shanghái. Con este laboratorio subterráneo mejorado, China se coloca a la vanguardia en la búsqueda global de respuestas sobre la materia oscura.

La materia oscura no debe confundirse con la energía oscura. Esta es un modelo energético para explicar la expansión del universo tras el Big Bang. La principal diferencia es que mientras la materia oscura sirve como un “pegamento invisible” entre estrellas, la energía oscura es un repulsor de cuerpos gigantes. Ambas forman parte de un concepto superior por ahora denominado “universo oscuro”, un reto titánico al que se enfrentan los cosmólogos, reseña Wired.

Otro concepto que entra en juego y tampoco debe confundirse es el de la antimateria. Tiene como origen a la antipartícula. Se considera que todas las partículas están vinculadas a sus correspondientes antipartículas, que presentan la misma masa aunque con cargas físicas opuestas. Si se encuentran, puede producirse la aniquilación de partículas. Un átomo de antimateria, en este contexto, podría formarse por antiprotones y antielectrones, por ejemplo.

La carrera por entender la materia oscura ha generado avances significativos en el campo de la observación cósmica. Independientemente de los laboratorios bajo tierra como el Jinping de China, hay esfuerzos como el del telescopio Euclid para entender esas partículas indetectables a través del mapeado de estrellas en cuatro dimensiones. También está el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que es una de las instalaciones dedicadas a este tipo de investigaciones.

Asimismo, telescopios como el Hubble, el James Webb y el Planck han contribuido de forma significativa a la investigación de la materia oscura, permitiendo a los científicos estudiar el fenómeno de la lente gravitatoria y detectar posibles estrellas oscuras supermasivas.

El descubrimiento de la materia oscura se le atribuye al físico y astrónomo Fritz Zwicky. En 1933 postuló la existencia de materia invisible a partir de una serie de observaciones que desarrolló en el Observatorio Espacial del Monte Wilson, en California (EE UU).

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