[CT}– El CERN, a la caza del misterioso ‘fotón oscuro’

28/11/2016

José Manuel Nieves

Uno de los mayores misterios a los que se enfrenta la Física es el hecho que que el 85% de la materia que existe “ahí fuera” es oscura.

Es decir, un tipo de materia diferente a la de las estrellas, los planetas y las galaxias, una que no interactúa en modo alguno con los fotones (las partículas que transportan la luz y la energía electromagnética) y que, por lo tanto, es totalmente invisible para nuestros ojos y para los telescopios de los astrónomos.

A pesar de que su origen y composición nos son desconocidos, sabemos a ciencia cierta que la materia oscura está ahí porque podemos observar los efectos de su “empuje gravitatorio” sobre la materia ordinaria, la de las estrellas y galaxias, que sí podemos ver. La masa del Universo, como es sabido, está compuesta por un 4,5% de materia ordinaria (la nuestra), un 23% de materia oscura, y un restante 73% de algo más misterioso aún: la energía oscura.

Pero volvamos a la materia. Algunas teorías sugieren que, además de a través de la Gravedad, las partículas de materia oscura podrían estar interaccionando con la materia visible por medio de una nueva fuerza desconocida y nunca detectada hasta el momento.

Si así fuera, igual que la unidad mínima de la fuerza electromagnética es el fotón, esa hipotética fuerza oscura podría estar siendo transmitida a través de lo que se han dado en llamar “fotones oscuros”, una partícula que actuaría de mediadora entre la materia visible y la invisible.

“Para usar una metáfora —explica Sergei Gninenko, portavoz de la colaboración NA64, del CERN, una de cuyas misiones es, precisamente, localizar fotones oscuros—, un mediador que entiende y habla dos idiomas diferentes (un fotón oscuro) puede hacer posible un diálogo entre dos personas que no hablan el mismo idioma (materia ordinaria y materia oscura)”.

Y ésa es, precisamente, la misión del experimento NA64 del CERN. En sus instalaciones, los físicos buscan indicios de esta labor de “mediación” entre partículas, y lo hacen utilizando un sencillo pero poderoso concepto de la Física: la conservación de la energía.

Un haz de electrones, cuya energía inicial se conozca con precisión, se inyecta en el detector. Las interacciones entre los electrones que llegan y los núcleos atómicos del detector comienzan y producen como resultado una serie de fotones que son perfectamente visibles.

El truco consiste en medir la energía de estos fotones, que, en virtud del principio de la conservación de la energía, deberá ser exactamente la misma que tenían los electrones iniciales. Por el contrario, si los fotones oscuros existen realmente, no serán captados por el detector y escaparán con una parte de la energía inicial de los electrones. Ese “robo” de energía será la clave para determinar su existencia.

Es decir, la firma del fotón oscuro sería un evento registrado en el detector y cuya principal característica sería la falta de una gran cantidad de energía, algo que no se puede atribuir a ningún proceso que implique sólo a partículas ordinarias.

Si logra confirmarse, la existencia del fotón oscuro marcará un antes y un después en nuestros intentos por resolver el misterio de la materia oscura.

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