Detectando lo Indetectable – Investigadores en la Búsqueda de la Materia Oscura con la Ayuda de la Impresión 3D

La búsqueda de uno de los secretos más oscuros del universo continúa mientras los científicos indagan los misterios de la materia oscura. La materia oscura es responsable de acciones fundamentales en el universo, como la formación de galaxias, pero es notoriamente difícil de detectar. Un nuevo estudio presentado por investigadores de la School of Physics and Astronomy de la Universidad de Nottingham demuestra un método para detectar la materia oscura usando un sistema de vacío especialmente diseñado. Esto es lo que necesitas saber.

¿Qué es la materia oscura?

La materia ordinaria es lo que la gente considera que es todo. Cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa entra en esta categoría, desde la estrella más grande hasta el átomo más pequeño. Sorprendentemente, este tipo de materia es solo una pequeña parte de la ecuación. Específicamente, representa aproximadamente el 5 % de la composición del universo.

Los investigadores han concluido que el 30 % del universo está compuesto por energía oscura, otra fuerza misteriosa que los científicos han estado estudiando durante algún tiempo. El 69 % restante es materia oscura. Los investigadores han hecho muchas suposiciones sobre esta fuerza.

Algunos creen que la materia oscura está compuesta por agujeros negros primordiales, mientras que otros han concluido que deben ser partículas subatómicas aún no descubiertas. A pesar de sus posturas, todos coinciden en que la ciencia aún no dispone de equipos lo suficientemente sensibles para capturar este nivel de energía.

¿Cómo se descubrió la materia oscura?

Los astrónomos mencionaron por primera vez la materia oscura en 1933. Un astrónomo suizo-estadounidense llamado Fritz Zwicky se sorprendió al descubrir que la galaxia del cúmulo de Coma desafiaba las creencias astronómicas conocidas de la época. La galaxia tenía solo el 1 % de la masa necesaria para mantener unidas a las galaxias.

Teorizó que debía existir alguna otra forma de materia que proporcionara la masa para mantener las galaxias en su lugar. Esta sustancia esquiva actuaba como un soporte estructural y una hoja de ruta para la formación de nuevas estrellas, galaxias y más. Notablemente, pudo demostrar matemáticamente que la masa existía, pero pasarían muchos años más de investigación antes de que los científicos pudieran reproducir con precisión las anomalías de materia oscura de manera constante y medible.

Detectar la materia oscura es difícil

Detectar la materia oscura invisible ha demostrado ser un proceso que consume tiempo y es científicamente desafiante. La fuerza es invisible y, incluso con los instrumentos ópticos más avanzados, sigue siendo casi imposible de detectar. En su lugar, la única forma en que los investigadores han podido detectar esta fuerza es a través de fluctuaciones en las influencias gravitacionales.

Nuevo estudio mejora la detección

El estudio, “Detectando paredes de dominio oscuras a través de su impacto en las trayectorias de partículas en entornos de vacío ultralto a medida”, explica un nuevo método para medir la presencia de materia oscura. El enfoque novedoso introduce una cámara de vacío impresa en 3D especialmente diseñada que permite que la materia oscura se acumule y colisione, generando fluctuaciones gravitacionales.

Campos escalares

Los investigadores utilizaron campos escalares para asegurarse de capturar cambios diminutos en el campo gravitacional. Los campos escalares se usan comúnmente para resolver y capturar datos de entornos 3D. Estos protocolos de prueba asignan a cada punto del espacio un número específico. Los campos escalares proporcionan una forma precisa y constante de medir cambios en los campos a través del espacio.
Los campos escalares son comunes hoy en día. Se utilizan para medir cambios de temperatura, potencial eléctrico, radiación, presión y cambios gravitacionales. La naturaleza dinámica de este estilo de recuperación de datos permite a los investigadores obtener información útil del entorno monitorizado. Estos datos pueden recopilarse de manera lineal, no lineal o escalada.

Prueba

El estudio, que tomó tres años en completarse, destaca cómo las cámaras impresas en 3D especiales crean un fenómeno conocido como paredes de dominio. Las paredes de dominio son acumulaciones de energía que ocurren cuando se producen transiciones de fase en los campos escalares. Las paredes de dominio afectan a las partículas al atravesarlas, cambiando su trayectoria y alterando su ruta de vuelo. Esta desviación, a su vez, puede medirse para determinar la existencia de materia oscura.
Los investigadores monitorizaron estas paredes de dominio y recopilaron sus datos para crear la cámara de vacío impresa en 3D ideal. El dispositivo incorporó una forma y estructura específicas para atrapar partículas de materia oscura. Los investigadores también usaron materiales especiales que ayudaron en el proceso de captura.

Menor densidad al bajar la temperatura

El equipo añadió el proceso de reacción al bajar la temperatura de las partículas ligeras. Este proceso fue descrito por los investigadores como similar al agua que se vuelve más lenta y se solidifica a medida que la temperatura disminuye. En esta investigación, el gas de menor densidad se mezcló con átomos de litio ultrafríos.
Como parte del experimento, estos átomos fueron enfriados a -273 grados. Esta temperatura situó a los átomos cerca del cero absoluto, permitiéndoles reaccionar de manera estable en comparación con temperaturas normales. Esta maniobra simuló una partícula que viaja a través de una sustancia que se vuelve más densa a lo largo de su trayectoria.

Resultados

Los investigadores midieron con éxito fluctuaciones de ondas gravitacionales en nanohertz, y su presencia indicó materia oscura. Estos resultados podrían tener un efecto resonante en cómo los científicos perciben la evolución del universo. Ahora, el proceso de prueba puede usarse para recopilar más datos sobre estas partículas esquivas que constituyen los bloques de construcción de la galaxia.

Investigadores

El estudio se realizó en una de las principales academias de investigación científica de Europa, la School of Physics and Astronomy de la Universidad de Nottingham. Específicamente, la profesora Clare Burrage lideró los esfuerzos de investigación y contó con la ayuda de la profesora asociada Lucia Hackermueller.

Beneficios que revela el estudio

La capacidad de detectar materia oscura usando paredes de dominio a través de cámaras de vacío impresas introduce un nuevo mundo de oportunidades para los investigadores y aquellos que buscan comprender mejor esta fuerza. El estudio sienta las bases para que los investigadores midan y predigan las acciones de esta fuerza, con el objetivo de, algún día, entender cómo ayuda en la formación de galaxias y la evolución del universo.

Otros estudios de materia oscura que vale la pena mencionar

La comunidad científica sigue innovando e inventando nuevos métodos para monitorizar la materia oscura y la energía. Estos métodos abarcan una variedad de ciencias, incluyendo mediciones desde el espacio, la creación de grandes dispositivos de rastreo de partículas ligeras para buscar efectos gravitacionales, y mucho más. A continuación, se presentan algunos de los esfuerzos más ventajosos realizados hasta la fecha.

Telescopio espacial Euclid

El telescopio espacial Euclid de Europa fue lanzado recientemente desde un cohete Falcon 9 desde Florida en busca de materia oscura. El proyecto, llamado “Dark Detective”, fue diseñado para trabajar con el telescopio James Webb para investigar más a fondo las anomalías. A diferencia del telescopio James Webb, que tiene un enfoque increíblemente preciso, el telescopio satelital de 15 pies de altura y 11 pies de ancho fue diseñado para capturar vistas panorámicas enormes del universo.
El dispositivo podrá capturar las fotos de perspectiva más amplias de la historia del universo de 13.8 mil millones de años. Los científicos pueden examinar estas fotos para rastrear el movimiento de la luz a través de la galaxia. Notablemente, pueden usar la distorsión de la luz para localizar anomalías gravitacionales causadas por la materia oscura. Este fenómeno se conoce como lente gravitacional y ha producido algunos resultados intrigantes.

CERN

Uno de los proyectos más ventajosos y conocidos para intentar monitorizar, medir y crear materia oscura proviene de los investigadores del CERN. Esta enorme instalación de investigación fue fundada en 1954. Desde entonces, ha desempeñado un papel importante en la comunidad científica en múltiples sectores, incluyendo la creación de protocolos de investigación para descubrir y monitorizar protocolos de alta energía.

Esta empresa de investigación con sede en Ginebra ha trabajado con los proyectos más brillantes e innovadores del mercado, y sus logros no pueden subestimarse. Por ejemplo, Tim Berners-Lee lanzó famosamente la World Wide Web en 1989 desde la instalación que luego alojó el primer sitio web en 1991. Hoy, la instalación se centra en una variedad de actividades científicas.

CERN es más conocido por ser el hogar del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Este dispositivo es el colisionador de partículas más grande y de mayor energía del mundo. Puede tomar paquetes y dispararlos a velocidad máxima antes de colisionarlos para registrar los efectos. Este método ahora se está utilizando para medir los efectos gravitacionales causados por la materia oscura, lo que podría, algún día, arrojar más luz sobre su presencia y efectos.

Estrella de neutrones

Otro método que los investigadores han introducido para monitorizar la presencia de materia oscura es a través de la medición de los niveles de energía de estrellas de neutrones. Usando un telescopio construido específicamente llamado IceCube Neutrino Observatory en el Polo Sur de la Antártida, los investigadores pueden monitorizar la acumulación de materia oscura en estos cuerpos celestes.
Notablemente, los científicos buscan las partículas subproducto que se crean cuando la materia oscura interactúa y se destruye a sí misma. Esta ocurrencia sucede siempre que hay una acumulación de materia oscura en una estrella de neutrones. Este método rastrea los subproductos de estas colisiones y mide sus fluctuaciones a lo largo del tiempo, creando un mapa de esta energía mientras viaja.

Empresas que podrían beneficiarse de estos descubrimientos

La capacidad de detectar y, algún día, aprovechar la materia oscura ha sido un objetivo a largo plazo para científicos e investigadores. Estos últimos desarrollos facilitarán el estudio profundo de este elemento esquivo y permitirán comenzar a desentrañar sus misterios. Para lograr esta tarea, habrá una mayor demanda de naves espaciales y de instalaciones de pruebas de alta gama. A continuación, se presentan dos empresas que están posicionadas para beneficiarse de estos desarrollos en el futuro.

1. SpaceX

El multimillonario excéntrico Elon Musk fundó SpaceX el 14 de marzo de 2002. Esta empresa con sede en El Segundo, California, se lanzó bajo un nombre diferente “Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation” (SET) antes de rebrandearse al nombre más comercializable SpaceX. Notablemente, para asegurar el proyecto, Musk aportó el 50 % de sus acciones de PayPal (PYPL ), que entonces valían 180 millones de dólares. Estos fondos se destinaron a asegurar a los investigadores necesarios para lanzar su primer cohete.
SpaceX está liderando el sector espacial comercial hoy en día. La empresa sigue siendo la primera compañía financiada privadamente en enviar una nave a la Estación Espacial Internacional. También es la primera en aterrizar un cohete en la Luna, lanzar el cohete más potente y la única compañía que ha aterrizado con éxito un cohete reutilizable.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY Gráfico de precios

Teledyne Technologies (TDY ) Inc. es un proveedor líder de materiales aeroespaciales. La empresa ofrece una selección de componentes electrónicos avanzados de alta gama, instrumentos y productos de comunicaciones. Teledyne Tech ingresó al mercado en 1999 y originalmente estaba compuesta por un conglomerado de 19 compañías. Hoy, Teledyne Technologies, Inc. incluye más de 100 compañías a nivel global.

Teledyne Technologies Inc. podría obtener ganancias significativas gracias a un impulso para colocar más sensores en el espacio. La empresa es un proveedor importante de aluminio de grado aeroespacial y otros sistemas vitales para llevar a cabo estas misiones. Actualmente, varios satélites están aprovechando los productos de la compañía.

La acción de Teledyne Technologies Inc., TDY, ha registrado rendimientos constantes del 6,56 %. La posición de la empresa y el crecimiento previsto en actividades relacionadas con el espacio hacen de estos activos una fuerte “Compra”. En las próximas semanas, Teledyne Technologies, Inc. continuará desempeñando un papel fundamental en el creciente mercado aeroespacial.

Futuro de los estudios de materia oscura

El futuro de la investigación de la materia oscura es prometedor. La introducción de la robótica y la IA lo impulsará a nuevas alturas y permitirá a los investigadores, por primera vez, comenzar a rastrear y monitorizar esta sustancia de manera constante. La introducción de investigadores espaciales robóticos impulsados por IA ayudará a acercar a los humanos a estas respuestas esquivas sin arriesgar vidas humanas.
Además, habrá un enfoque mucho mayor en crear materia oscura en laboratorios. El LHC desempeñará un papel fundamental en este proceso como el mayor acelerador de partículas con sensores lo suficientemente sensibles para capturar las diminutas fluctuaciones causadas por la materia oscura.

Medir la materia oscura es el paso 1

Los avances realizados en la medición de la materia oscura continúan ayudando a revelar las características de esta fuerza aún no comprendida. En el futuro, los investigadores conectarán datos relevantes y aprovecharán el aprendizaje profundo avanzado de IA para establecer correlaciones que podrían haber parecido improbables para los lectores humanos. Todos estos desarrollos y mucho más harán que la materia oscura sea más transparente en el futuro.

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