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La enigmática “materia oscura”

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (5)

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El colisionador de hadrones es el experimento más sofisticado que hayamos diseñado jamás. Y entre sus objetivos se encuentra la búsqueda de la esquiva y extraña materia oscura. Pero, ¿cómo se hace?

¿Cómo se busca materia oscura en el universo? ¿Y qué tiene que ver esto con acelerar partículas a toda velocidad en una máquina que mide kilómetros? El Large Hadron Collider es probablemente la máquina más sofisticada que ha creado el ser humano en toda su historia.

CMS Cern

Un experimento tan gigantesco puede dividirse en otros experimentos que forman el conjunto. Entre ellos se encuentra el CMS, o Solenoide compacto de Muones, uno de los dos detectores de partículas de propósito general del Gran Colisionador de Hadrones. Este detector tiene una forma cilíndrica, con más de veinte metros de largo por dieciséis de ancho. Y pesa nada menos que 12.500 toneladas. ¿Cómo se pone a punto tremendo armatoste? “La exigencia es que un cacharro que mide veintiún metros de altura esté alineado con 200 micras de precisión. Se puede hacer con láseres, pero algunos lo calibran con unas partículas que ‘llueven’ del cielo llamadas muones”.

“Usando muones, con técnicas matemáticas avanzadas, puedes decir con precisión dónde están los detectores”

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Uno de los temas más apasionantes en los que los cientídicos están envuelto es enla búsqueda de una de las sustancias más extrañas y misteriosas del universo: la materia oscura. “De momento la única manera de detectarla es a través de sus fenómenos gravitatorios”. Con estas palabras, los físicos nos explican que no es posible, por el momento, detectar directamente la materia oscura. ¿A qué se debe? “La materia oscura sí que interactúa gravitacionalmente, como la materia ordinaria, pero no interacciona ni electromagnéticamente ni mediante fuerzas nucleares ni nada por el estilo”, afirman. “La llamamos oscura, pero en realidad no es oscura. Es transparente”.

Resultado de imagen de buscan materia oscura con detectores bajo tierra

    Los detectores de materia oscura que se encuentran en el SNOLAB están conformados por una caja

              Dicen que todas las galaxias están rodeadas de materia oscura pero…. ¿dónde está?

Resultado de imagen de Los grandes aceleradores buscan la materia oscura pero... Donde está¿

Hasta el momento todos los esfuerzos por hallar la partícula que conforma la materias oscura… ¡Han fracasado! No han aparecido las partículas súper-simétricas que dicen la podría conformar.

Los científicos han calculado que la presencia de esa llamada materia oscura abarca una cuarta parte del universo, pero nadie ha sido capaz de observar y describir su naturaleza.  Los investigadores han diseñado tres aproximaciones diferentes para encontrar esas partículas, que es el último desafío de la física: con detectores bajo tierra, telescopios o aceleradores.

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El rema de la “materia oscura” está llevando hacia ese proyecto grandes medios económicos, materiales y de personas, ya que, la física no soporta el hecho de que sólo el 4% de la materia del Universo nos sea conocida, y, habiendo múltiples estudios del movimiento de las galaxias, se ha comprobado que se mueven a mayor velocidad de la que deberían hacerlo si sólo existiera la materia que podemos ver, la Bariónica, la que emite luz y conforma las estrellas, las galaxias y todos los objetos materiales que podemos ver. Han deducido que existe otra clase de materia que no emite radiación, que es transparente, y que sí emite Gravedad… ¡Y, como locos, se han lanzado a la caza de tan esquiva materia?

¡Claro que, no se sabe si finalmente descubrirán que no existe! El misterio del movimiento de las galaxias podría estar en otra parte.

Telescopio espacial Hubble, imagen de campo profundo.

Todos aquellos objetos brillantes que nosotros y los astrónomos podemos ver están compuestos de materia. Sabemos que toda la materia atrae otra materia, y esta fuerza de atracción se llama gravedad. La fuerza gravitacional de la Tierra es lo que nos mantiene sobre nuestro planeta, ya que nosotros también estamos compuestos de materia. Los atletas que saltan con garrocha, los ascensores, los aviones y los cohetes deben trabajar arduamente para superar la fuerza de la gravedad. Esa misma fuerza que te sujeta a ti y a mí a la superficie de la Tierra también mantiene en sus órbitas a las naves espaciales que están en órbita alrededor de la Tierra, e incluso a la Luna. La gravedad del Sol mantiene a la Tierra y a todos los demás planetas, cometas y asteroides de nuestro Sistema Solar en sus órbitas correspondientes alrededor del Sol.

Los científicos comprenden exactamente cómo se comportan los objetos cuando son atraídos por la gravedad. Tienen fórmulas matemáticas para calcular las órbitas y el movimiento de los objetos que se están atrayendo entre sí. De esta manera pueden enviar una nave espacial para encontrarse con un cometa en particular en un momento específico, o predecir exactamente cuándo Marte estará más cerca a la Tierra.

Galaxia en espiral M100.

Ahora cuando los astrónomos observan una galaxia cuidadosamente, pueden medir con qué rapidez se están moviendo las estrellas que ella contiene. Los movimientos de las estrellas son el resultado de las fuerzas gravitacionales provenientes de toda la demás materia de la galaxia. Pero éste es el problema fundamental: Cuando los astrónomos hacen la suma de toda la materia correspondiente a todas las estrellas y gases y polvo visible usando diferentes tipos de telescopios, el total no alcanza para explicar los movimientos que ellos observan. ¡Las estrellas se están moviendo a mucha más rapidez de lo que deberían hacerlo! En otras palabras, toda la materia que podemos ver no alcanza para producir la gravedad que está atrayendo las cosas. Este problema aparece una y otra vez, casi en cualquier lugar que observemos en el Universo. No sólo las estrellas en las galaxias se mueven a mayor velocidad que la esperada, sino que también lo hacen las galaxias dentro de grupos de galaxias. En todos los casos, debe haber otra cosa ahí, algo que no podemos ver, algo oscuro.

Esto podría parecer muy misterioso, pero no es difícil de imaginar. Tú sabes que las personas no pueden flotar por el aire, de modo que si vieras a un hombre haciendo eso, sabrías inmediatamente que deben haber alambres que lo están sujetando, incluso si no los puedes ver.

Galaxias que interactúan.

El nombre que los científicos le han dado al material que les falta es materia oscura. Podemos ver la materia brillante, como las estrellas, pero sabemos que hay algún otro tipo de materia, debido a la manera en que ésta influye sobre la materia brillante. El fondo oscuro del espacio que tendemos a ignorar mientras disfrutamos de las hermosas vistas del cielo oscuro en realidad no está tan vacío como pudieras creer. Aunque parezca sorprendente, hay más de 50 veces más de materia oscura que de materia brillante en el Universo.

Imagen relacionada

                                              ¿De qué podría estar hecha la “materia oscura” ?

“En astrofísica y cosmología física, se denomina materia oscura a un tipo de materia que corresponde al 80% de lamateria del universo, y que no es energía oscuramateriabariónica (materia ordinaria) ni neutrinos. Su nombre hace referencia a que no emite ningún tipo de radiación electromagnética (como la luz).”

¿Pero de qué está compuesta exactamente la materia oscura? Los agujeros negros y algunos objetos demasiado pequeños para ser estrellas (por lo cual no producen luz propia) forman parte de ella. Pero todo eso puede sumar a menos de la quinta parte de la cantidad total de materia oscura que debe existir ahí afuera. Creemos que la mayor parte de la materia negra está compuesta de partículas nuevas más pequeñas que los átomos que son diferentes de cualquier otra cosa que han detectado y estudiado los científicos. Parece que la esencia misma de la mayor parte de la materia del Universo es diferente de lo que estamos compuestos tú y yo y la Tierra y el Sol.

Resultado de imagen de el astrofísico suizo Fritz ZwickySsc2007-10a1.jpg

“La primera persona en proporcionar pruebas y deducir la existencia del fenómeno que se ha llamado “materia oscura” fue el astrofísico suizo Fritz Zwicky, del Instituto Tecnológico de California (Caltech), en 1933.7

Aplicó el teorema de virial al cúmulo de galaxias Coma y obtuvo pruebas de masa no visible. Zwicky estimó la masa total del cúmulo basándose en los movimientos de las galaxias cercanas a su borde. Cuando comparó esta masa estimada con la estimación del número de galaxias y con el brillo total del cúmulo, encontró que había unas 400 veces más masa de la esperada. La gravedad de las galaxias visibles en el cúmulo era muy poca para tal velocidad orbital, por lo que se necesita mucha más. Esto se conoce como el “problema de la masa desaparecida”. Basándose en estas conclusiones, Zwicky dedujo que tendría que haber alguna forma de “materia no visible” que proporcionaría suficiente masa y gravedad constituyendo todo el cúmulo.”

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LO cierto amigos, es que han pasado cerca de cien años desde que, por primera vez, alguien nos hablara de la posible existencia de la “materia oscura”, y, hasta el momento, a pesar de los muchos medios empleados para ello… ¡Sigue desaparecida!

Veremos si en el año venidero nuestros ingenios la pueden “cazar”

emilio silvera

 

  1. 1
    Fandila Soria
    el 29 de diciembre del 2018 a las 11:40

    Negar la materia-energía oscura será como negar el vacío material.

    El colisionador de hadrones posee unos limites francamente infranqueables.

    El camino inverso a la desintegración artificial de los hadrones posee unos limites que se sitúan nada menos que en los limites de Planck y su calculada energía. Todo el Universo estaba en juego cuando nacieron. Revertir eso hasta su simplicidad “original” de materia-energía oscura no es sencillo ni mucho menos, mediante estos métodos artificiales. Habría que encontrar otros en la propia naturaleza. Lo peor es que los fraccionados oscuros habrá que fraccionarlos de nuevo para saber de que se componen…

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  2. 2
    Pedro
    el 29 de diciembre del 2018 a las 18:15

    Haber, vamos a marear la perdiz, en ajedrez, decimos que uno gana si termina haciendo mate.
    También gana si ,al contrario se le acaba el tiempo disponible antes de lo previamente establecido.
    Me preguntó, al igual que a la hora de hacer una medición, si hay resultados muy impredecibles y por tanto sin solución posible. Por ejemplo:
    Que pasa si uno de los jugadores hace trampa.
    O bien que pasa si uno de los jugadores no conoce las normas.
    Que pasa si conociendo las reglas, una de las partes las ignora.
    O bien que pasa si dicha partida esta previamente amañada.
    Me preguntó, ¿No ocurrirá lo mismo con los distintos fenómenos físicos cuando tratamos de obtener conclusiones fidedignas.  Osea el efecto túnel y o el principio de incertidumbre, o bien el colapdo en la función de onda de una determinada excitación.
    En definitiva no hay leyes, ni principios, ni normas solo probabilidades .y toda medición no es más que simples estadísticas sin más.
    Y con los observadores y distintos sistemas de referencia, ocurre otro tanto.. y el valor de las constantes simple estadística sin más.

    En definitiva: ¿Quien o que hace de arbitro, para decidir qué es correcto o no? . ¿Las leyes físicas? Y ¿Cuando se producen violaciones de las mismas? (Roturas de simetría) ¿Quien o que pone un correctivo?.
    En definitiva ¿Quien o que tiene el mando? Entropia desbocada sin más. O bien la naturaleza, no se distingue en nada de un demiurgo esperpentico por miedo escenico. 
    Y nosotros unos muñecos sin distinguir al tirotitero, en el teatro llorar de tirotitero.

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  3. 3
    emilio silvera
    el 30 de diciembre del 2018 a las 9:33

    Es posible que en el escenario de ésta obra que representamos y, en relación a ese todo que llamamos universo, seamos unos simples comparsas. Sin embargo, la capacidad de pensar, de tener ideas, de poder inventar aparatos muy sofisticados que nos lleven a las respuestas que buscamos… ¡Nos concede un estatutus superior! Al menos en parte, todo vez que, parcialmente, hemos sido capaces de vislumbrar algunas de las respuestas que la Naturaleza tenía profundamente escondidas.

    Es cierto que no somos tanto como nos creemos ser, que estamos a merced de muchas variables y del azar, que son muchas las cosas que no podemos dominar y, a pesar de todos esos inconvenientes, hemos sabido llegar bastante lejos, porque, amigo Pedro, poder desvelar el secreto del electrón en el efecto túnel donde habiendo absorbido un fotón, desaparece de la órbita que ocupa en el átomo y, de manera inmediata (simultáneamente y sin saber por qué camino hizo el viaje, aparece en una órbita superior de más energía), lo mismo podemos decir del resto de ejemplos que expones, hemos llegado a ellos a base de observar, experimentar y estudiar. Muchas noches de matemáticas complejas hasta llegar a la ecuación que diera la respuesta que, por supuesto, tenía que ser verificada.

    Es posible que en el contexto del Universo seamos menos que una mota de polvo pero, una mota de polvo con la facultad de pensar y hacer cosas… ¿Quién sabe? De seguir acumulando conocimientos… Hasta dónde podríamos incidir en las cosas que ahora, nos parecen inalcanzables.

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  4. 4
    Fandila Soria
    el 31 de diciembre del 2018 a las 14:51

    A lo mejor fuera posible el estudio cuántico de los componentes de las subpartículas sin necesidad de grandes energías prohibitivas.

    Quizá utilizar el llamado agujero negro, no tan negro, como filtro material fuera un acertado.
    Si las partículas más pequeñas del vacío, o lo que se dice taquiones, son capaces de entrar y emerger del AN, éste podría actuar como un filtro.
    Si esas micropartículas formaron y forman la materia normal según sus maneras, y aun en sus componentes más pequeños, infinitesimales, podríamos detéctalas y clasificarlas según un proceso propicio. La energía necesaria para obtenerlas sería ninguna. Solo sintonizarlas según grupos requeridos necesitaría de unos sintonizadores artificiales, es decir de unos filtros mucho menos costosos que los aceleradores de partículas.

    Cómo hacer tal cosa. Solo el tiempo confirmaría o no su viabilidad.

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    • 4.1
      emilio silvera
      el 1 de enero del 2019 a las 8:16

      Seguramente, si pudiéramos ver lo que harán y cómo lo harán los físicos del año 3.000 nos asombraría de los nuevos caminos que recorren para conseguir sus objetivos, y, como la anécdota que se cuenta del “huevo de Colón”, diríamos: ¡Pero que fácil era la solución!

      Claro que las cosas parecen fáciles una vez que ya se conoce el camino, mientras tanto… ¡Nos parecen imposibles!

      Precisamente por eso, idear posibles soluciones aunque éstas parezcan disparatadas… 

      Un abrazo amigo.

      Responder

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