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Fotones oscuros: ¿El lado desconocido de la luz?

Gerardo Herrera Corral 29 / Jul / 19
La materia oscura conforma hasta una cuarta parte del universo, pero no sabemos qué es. Un experimento en el CERN busca dar un paso adelante en su comprensión

El experimento NA64 que se realiza en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) ha estado buscando fotones oscuros. El importante centro de investigación, se encuentra en Ginebra, Suiza, y es mejor conocido como sede del acelerador más grande de todos los tiempos: el Gran Colisionador de Hadrones. 

Sin embargo, no todos los experimentos que se realizan allí están relacionados con la gigantesca máquina. En el experimento NA64 no se estudia la colisión de dos haces sino de uno solo contra un blanco que permanece fijo.

En busca de la materia invisible

Desde que en 1930 los astrónomos notaron que las galaxias giran como si estuvieran formadas, no solo por la materia que se puede ver en sus telescopios sino, además, por una gran cantidad de materia invisible, los físicos han estado buscando la manera de entender la naturaleza de esa misteriosa sustancia. Se la llama materia oscura y representa la mayor parte del universo. 

Todo parece indicar que solo vemos un 5 por ciento de lo que realmente está ahí, lo demás es un 70 por ciento de energía oscura y 25 por ciento de materia oscura de las que sabemos muy poco.

Con el tiempo nos hemos dado cuenta de que las galaxias no se hubieran podido formar sin esta materia oscura, de manera que su presencia es crucial para que el universo sea como es.

Mensajeros del mundo de las tinieblas

Sobre las características que debe tener la materia oscura mucho se ha escrito pero muy poco es sabido. Algunos consideran que podría estar formada por partículas que interaccionan entre ellas y también, eventualmente, con otras partículas que si son visibles. La manera como la materia oscura podría interaccionar con la materia visible sería a través de lo que se ha llamado fotón oscuro. Este sería una especie de mensajero que vive en las tinieblas dominadas por la materia oscura, pero que emerge al mundo luminoso de vez en cuando.  

El experimento NA64 que se realiza en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) ha estado buscando fotones oscuros. El importante centro de investigación, se encuentra en Ginebra, Suiza, y es mejor conocido como sede del acelerador más grande de todos los tiempos: el Gran Colisionador de Hadrones. En la imagen el CERN
Foto: CERN

El grupo de científicos del experimento NA64 ha estado buscando este fotón oscuro. Para esto registran todo lo que se produce en la colisión de los electrones contra el blanco. En los restos de cada uno de los choques buscan una señal del fenómeno que podría delatar la súbita aparición de este enviado de la materia oscura.  

Para ver al fotón de la noche, los especialistas buscan energía faltante y es que, estos peculiares fotones escaparían al detector sin ser vistos. No obstante, y aunque no los podemos ver de manera directa, si podemos percatarnos de que al salir del detector se llevan consigo un poco de energía de manera tal que, al hacer el balance con la suma de todas las porciones de energía que lleva cada fragmento de la colisión veremos que falta aquella que se llevó  la luz oscura.
 
Ahora el equipo de investigadores analizó los cientos de miles de millones de eventos que fueron coleccionados entre el 2016 y el 2018, y no encontraron evidencia de que tal cosa ocurra. El resultado es, pues, un límite a la existencia del fotón oscuro.

Secretos de la oscuridad

Lo que estas nuevas acotaciones significan es que si llegase a existir el fotón oscuro este interaccionará con los electrones de nuestro mundo visible con una intensidad que es cien mil veces más débil que la fuerza electromagnética. Es decir, que la fuerza que podría estar actuando en ese mundo misterioso de materia invisible y que es mediada por la imperceptible luz es muy débil.
 
La colaboración NA64 seguirá buscando cuando su equipamiento sea actualizado y entre en funciones en 2021. Por el momento, la materia oscura sigue ocultando sus secretos. A pesar de todos los esfuerzos seguimos sin tener un solo indicio de lo que puede ser ese mundo de material extraño que es la mayor parte del universo. 

Autor: Gerardo Herrera Corral
Es profesor titular del Departamento de Física del Centro de Investigación y De Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV). Es líder del trabajo de los científicos mexicanos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN). Es autor de los libros "El Universo, la historia más grande jamás contada" y "El azaroso arte del engaño", entre otros.