Dark Matter: Lo último En La Búsqueda De Una Sustancia Invisible Que Impregna La Galaxia

Concepto de artistas de materia oscura

Brillar una nueva luz sobre la materia oscura: Kathryn Zurek habla sobre la búsqueda en curso de una sustancia invisible que impregna la galaxia.

 Aproximadamente el 80 por ciento de toda la materia de nuestro universo es invisible. Llamada materia oscura, se sabe que esta sustancia misteriosa existe en todo el universo debido a sus tirones gravitacionales sobre la materia ordinaria. Sin embargo, a pesar de su prevalencia, la materia oscura sigue evadiendo la detección directa. Kathryn Zurek, una nueva profesora de física teórica en Caltech, tiene algunas ideas sobre cómo cambiar eso.

“Desarrollo teorías de la materia oscura y luego ideas sobre cómo se podría detectar experimentalmente”, dice. “Es una investigación arriesgada en el sentido de que no sabemos si realmente detectaremos la materia oscura. Necesitamos suerte, trabajo duro y buenas ideas “.

Zurek recibió su licenciatura en física de la Universidad Bethel de Minnesota en 2001 y su Ph.D. en física desde el Universidad de Washington en 2006. Se desempeñó como profesora de física en la Universidad de Michigan de 2009 a 2014 y luego como científica en UC Berkeley y posteriormente en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de 2014 a 2019. Se unió a la facultad de Caltech en 2019.

Kathryn Zurek Caltech

Kathryn Zurek, nueva profesora de física teórica en Caltech. Crédito: Caltech

Hablamos con Zurek sobre la naturaleza de la materia oscura y la búsqueda de su verdadera identidad.

¿Qué sabemos ahora sobre la materia oscura?

La materia oscura impregna la galaxia y el universo. Nos estamos moviendo a través de la galaxia, y mientras nos movemos, eso crea un viento de materia oscura que se mueve a través de esta habitación mientras hablamos. Conocemos la materia oscura a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia normal, pero no emite ninguna luz, por lo que no podemos verla y no sabemos de qué está hecha.

¿Cuál es la teoría más popular ahora para explicar la naturaleza de la materia oscura?

Los WIMP [partículas masivas que interactúan débilmente] son ​​el principal candidato. Los WIMPS se llaman así porque interactúan débilmente con otras partículas. En este momento, experimentos como SuperCDMS [Super Cryogenic Dark Matter Search] y XENON1T [Xenon 1 ton] todavía están buscando WIMPS a través de interacciones con núcleos atómicos, pero hasta ahora no han encontrado ninguna evidencia. Si los WIMP no se detectan pronto con los grandes detectores de xenón, necesitaremos experimentos aún más grandes a escala de varias toneladas, y esto se vuelve muy costoso. ¿Deberíamos realizar estos experimentos aún más grandes? Creo que para mucha gente la respuesta es no.

¿Cómo propones que busquemos la materia oscura?

La materia oscura podría ser parte de lo que yo llamo sectores oscuros u ocultos. La idea es que hay otro sector de nuestro universo, además del visible, donde la materia oscura tiene su propia dinámica. Por ejemplo, se cree que los WIMP interactúan con el modelo estándar de física de partículas a través de la fuerza conocida de interacciones débiles. Exigimos que los WIMP estén involucrados en la solución de algunos de los problemas del Modelo Estándar, como por qué el bosón de Higgs tiene la masa que tiene. Estas partículas del sector oculto, por el contrario, interactuarían a través de una nueva fuerza con su propia dinámica. Este es un cambio de paradigma en muchos niveles, incluida la forma en que buscamos la materia oscura. No exigimos que la materia oscura resuelva ningún problema del universo visible. Tiene vida propia.

He propuesto una serie de ideas sobre cómo buscar materia oscura mediante experimentos de sobremesa. Ya se ha desarrollado una gran cantidad de infraestructura para SuperCDMS y otros experimentos de detección de materia oscura, y podemos usar el enorme progreso que estos experimentos ya han logrado para nuevos experimentos a pequeña escala para buscar sectores oscuros.

¿Hay otros proyectos en los que esté trabajando para estudiar la materia oscura?

También queremos usar pulsar -arreglos de temporización, que involucran colecciones de objetos parpadeantes en el cosmos llamados púlsares. Estos nos ayudarán a estudiar la subestructura de la materia oscura, o básicamente qué tan grumosa es la materia oscura. Cuando un halo de materia oscura, o grupo, pasa cerca de nosotros o de un púlsar, puede dar lugar a cambios en el tiempo de llegada de un pulso. Y si detecta la subestructura de materia oscura de esta manera, entonces la aglomeración de la materia oscura revela algo sobre su naturaleza fundamental. Es como cuando miras nuestro universo y hay todo tipo de estructuras: los planetas, las estrellas, los discos y los filamentos. El sector oscuro también forma estructuras a través de la interacción de la gravedad y la dinámica del sector oscuro, y nos gustaría estudiar qué son estas estructuras en escalas similares.

Este trabajo de sincronización de púlsares es un buen complemento para sondear directamente la materia oscura con experimentos de laboratorio.

¿Se considera este tipo de investigación de alto riesgo y alta recompensa, como LIGO? [LIGO hizo historia al realizar las primeras detecciones directas de ondas gravitacionales, ondas en el espacio y el tiempo, en 2015, un esfuerzo que requirió décadas de trabajo dedicado].

Sí, esto es similar a LIGO en eso necesitamos tener la suerte y la naturaleza de nuestro lado. Con LIGO, no sabían que el calabozo y estrella neutrón la tasa de fusión iba a ser lo suficientemente alta como para detectar la ondas gravitacionales relativamente rápido. Nature fue amable con el equipo de LIGO. La investigación de la materia oscura es una propuesta aún más arriesgada de alguna manera porque tenemos una mayor incertidumbre sobre la tasa, pero es un problema importante para explorar. Cuando LIGO descubrió las ondas gravitacionales, se convirtió en una nueva rama de la astronomía. Cuando descubramos la materia oscura, se convertirá en una nueva rama de la física.

¿Tiene algún pasatiempo que le gustaría contarnos?

Toco el piano clásico; que solía incluir mucho Brahms, Bach y Beethoven, con algunos compositores del siglo XX e improvisación mezclada. Pero en estos días, es mucho Mozart con un poco de improvisación. Tengo una hija pequeña a la que le gusta bailar. a la música y Mozart proporciona una melodía y un ritmo sencillos y agradables. También disfruto de la montaña, que solía significar largas caminatas, esquí de travesía y algo de escalada, pero en estos días, mi hija y yo caminamos más despacio y hablamos sobre las plantas y los árboles, sus flores y hojas.

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