Bajo un pueblo rural, buscando los cimientos del universo

Ya tienen pruebas tentadoras de su existencia. Su experimento confirmará estos hallazgos —y pondrá a alguien en un camino corto hacia el Premio Nobel— o los refutará, sugiriendo, quizás, que hay algo fundamental en el universo que simplemente no comprendemos.

laboratorio subterráneo

Lo más inesperado de estar 1.025 metros por debajo de la superficie de la tierra es que hace mucho calor y humedad. Llegar al fondo de una mina es como aterrizar en un aeropuerto en una isla tropical, excepto que todo está negro y sucio y debe llevar su suministro de oxígeno de emergencia.

El eje es estrecho, afilado y tortuoso. Nuestro Toyota HiLux tarda unos 30 minutos en conducir ocho kilómetros cuesta abajo, el eje gira bruscamente a la izquierda y luego se abre repentinamente. Salimos y entramos en una enorme habitación excavada en la roca.

A la entrada del laboratorio de materia oscura.crédito:Joe Armau

Elisabetta Barberio pasa la mano por las paredes onduladas. Pintado de blanco e inundado de focos, tiene la calidad de una catedral subterránea. Nuestras voces resuenan hasta el techo de 14 metros de altura.

“Estamos en un punto de la física en el que todo lo que creemos saber es sólo una pequeña parte del universo”, dice.

Ella es una exploradora en busca de una partícula invisible e intocable.

¿Qué es la materia oscura?

Los átomos que te componen a ti, a mí y a todo lo que vemos pueden interactuar con el mundo a través de cuatro fuerzas de la naturaleza. La materia oscura solo recibe un elemento: la gravedad. No puedes tocarlo. No refleja la luz. Es un fantasma

Su historia comienza una fracción de segundo después del Big Bang.

El universo primitivo era denso, caliente y lleno de materia oscura. A medida que se expandía y se enfriaba, la materia oscura se expandía con él, como una bola de masa extendida sobre una mesa.

La materia oscura se predijo por primera vez en la década de 1930 y se acumuló evidencia sólida en la década de 1960, pero los científicos tardaron hasta la década de 1990 en encontrar una manera de hacerlo.ser visto” El ella. A una distancia suficientemente larga, la luz es atraída por la gravedad; Los científicos han descubierto que pueden seguir este camino a medida que la luz es distorsionada por la gravedad de la materia oscura y producir un mapa.

Todos sabían que había mucha materia oscura afuera. Pero los primeros mapas siguen siendo impactantes.

“La galaxia visible es solo una pequeña cosa en medio de este enorme cuerpo oscuro”, dice el profesor Kenneth Freeman, astrónomo de la Universidad Nacional Australiana que ha hecho varias contribuciones importantes al campo.

“No sabes qué es, pero está ahí. Ha cambiado por completo nuestras ideas sobre cómo se formaron las galaxias y cómo evolucionó el universo”.

El Big Bang envió fragmentos físicos de partículas a través del universo. Cuando los físicos simulan el Big Bang en supercomputadoras sin materia oscura, el universo que obtuvieron no se parece en nada al nuestro.

Mapa de distribución de la materia oscura en el universo.  Las áreas brillantes representan las concentraciones más altas; también son donde se forman las galaxias.

Mapa de distribución de la materia oscura en el universo. Las áreas brillantes representan las concentraciones más altas; también son donde se forman las galaxias.

convertir el caos en Cosas, Algo necesita forma. En nuestro mundo, la red de materia oscura juega este papel. Su gravedad da forma al universo. El gas se convierte en estrellas y el polvo en planetas.

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“Una vez que se agrega materia oscura, los Sims son increíblemente buenos reproduciendo lo que vemos”, dice la profesora Tamara Davis, astrofísica de la Universidad de Queensland.

“El hecho de que hay algo que hay que explicar es sin duda alguna.

“Ahora hemos medido muchas de sus propiedades, pero todavía no sabemos qué es”.

El poder de los WIMP

Durante más de 50 años, los científicos lo han estado buscando. Se excluyeron varios candidatos, como los agujeros negros. El explorador ahora está entrenado en WIMP: la interacción débil de partículas masivas.

Los físicos creen que estas partículas serían pesadas y de movimiento lento, flotarían a través de la materia ordinaria casi sin dejar rastro e interactuarían con nuestro mundo principalmente a través de la gravedad. No está formado por los electrones y protones que forman nuestros átomos, sino por algo completamente distinto.

“Es como este universo paralelo de materia oscura encima de lo que vemos en la vida cotidiana”, dice el profesor Ulrik Egede, físico de partículas de la Universidad de Monash.

Hasta ahora nadie ha encontrado uno, ni a través de años de búsqueda, ni al aplastar átomos cada vez más fuerte en la Gran Colisionador de Hadrones.

Bueno, casi nadie. Hay una fábrica enterrada bajo una montaña en Italia que escucha una señal muy curiosa. Más sobre esto en un momento.

La profesora Elisabetta Barberio se encuentra dentro de un laboratorio subterráneo.

La profesora Elisabetta Barberio se encuentra dentro de un laboratorio subterráneo.crédito:Joe Armau

Se necesitaron ocho meses para excavar la catedral de Barberio bajo tierra, y fue volada del basalto en incrementos de cuatro metros. Ya hemos cavado 200 kilómetros de túneles. “Elizabetta quería uno propio”, dice Troy Cole, gerente general de Stawell Gold Mines.

Se perforaron pernos de roca de seis metros en las paredes para asegurarlas, luego se cubrió todo con una capa de hormigón proyectado y dos capas de TekFlex para bloquear la radiación. Los ingenieros de minas dicen que aquí hay tanta ingeniería como el túnel Burnley. Luego vendrá una grúa de 10 metros, para manejar el escudo de hierro y polietileno de 200 toneladas que cubrirá el detector.

Cuando vine aquí por primera vez en 2014, Barberio recuerda haber recogido telarañas y maquinaria vieja y abandonada. La mina estaba muriendo.

La historia de la minería de oro en Stawell se remonta a la década de 1850., cuando decenas de miles de buscadores se sintieron atraídos por los campos de oro de la ciudad, atraídos por los sueños de una pepita para ganar fortunas.

Cerca de 250 kilómetros del túnel ahora serpentea bajo Stawell, pero no queda nada de las pepitas. En cambio, las pilas de mineral triturado se llevan a la superficie y luego se procesan para extraer la pequeña cantidad de oro, tal vez cuatro cucharaditas por camión.

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Los camiones entran en la mina.  Una bandeja llena de piedras rinde aproximadamente dos cucharaditas de oro.

Los camiones entran en la mina. Una bandeja llena de piedras rinde aproximadamente dos cucharaditas de oro.crédito:Joe Armau

“Nos hemos quedado sin mineral”, dice David Coe, director de salud, seguridad, medio ambiente y sociedad de Stawell Gold Mines. “Habíamos alcanzado una profundidad de 1.646 metros y no había más mineral que perseguir. Y sabíamos que eventualmente cerraríamos nuestras puertas”.

En 2012, Stawell Gold Mines comenzó a buscar un futuro para la mina (una idea que afortunadamente nunca salió a la luz: convertir la mina en una granja subterránea de hongos). Casualmente, el astrofísico de Swinburne Jeremy Mold inició una campaña de escribir cartas a las minas subterráneas del país, buscando un lugar para albergar un pequeño experimento de materia oscura. Por otra parte, el profesor Barberio, que tiene su base en la Universidad de Melbourne y actual director del Nuevo Centro de Física de Partículas Oscuras, ha estado en conversaciones con sus colegas italianos sobre la realización de su propia investigación sobre la materia oscura.

Los tres grupos se encontraron y en 2014 recorrieron el sitio de la mina, descubriendo que eran perfectos. La planificación del laboratorio ha comenzado en serio.

Luego, en 2016, el suelo desapareció bajo sus pies. Los dueños de la mina pusieron el sitio en modo cuidador. Cole, que ha trabajado en el sitio desde 1998, tuvo que ver cómo 250 empleados se reducían a solo 12. El laboratorio parecía terminado.

En 2017, Arete Capital Partners, un grupo global de capital privado, compró la mina y reanudó las operaciones. Mientras tanto, los científicos han reunido una coalición de financiadores que incluye al gobierno federal y estatal y al Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano.. En 2019, con financiación segura, se iniciaron los trabajos de excavación; La esperanza es que el laboratorio esté operativo el próximo año.

Se espera que el trabajo continúe durante al menos 50 años, atrayendo académicos e inversiones de todo el mundo. No hay nada parecido en el hemisferio sur. El trabajo a tiempo completo en la mina ha vuelto ahora a 243.

“Definitivamente pasó por una montaña rusa de emociones”, dice Cole. “Desde un sector que estaba superpoblado, hasta donde está ahora, es bueno”.

reduce el ruído”

¿Por qué dedicar tanto esfuerzo a la construcción de un laboratorio subterráneo? Porque para detectar la señal increíblemente débil de la materia oscura, primero se debe silenciar el rugido ensordecedor del universo.

La radiación parece constante en el detector de materia oscura. Y todo Emiten radiación, incluso plátanos. Esa es parte de la razón por la que hace tanto calor aquí: las rocas que nos rodean contienen pequeños rastros de uranio, que se descompone y libera calor.

Lleve vertiendo el suelo de hormigón del laboratorio. El equipo de Barberio pasó seis meses analizando muestras de cemento para determinar los niveles de radiación, y finalmente se decidió por un producto especializado de Brisbane. Cuando los investigadores lleguen al laboratorio, tendrán que ducharse, no sea que sus cuerpos transporten diminutas partículas de radiación de la superficie.

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En los próximos meses, la grúa insertará con cautela el detector de materia oscura, que parece un barril de petróleo de gran tamaño tachonado de cables gruesos.

En el interior, en un baño químico, hay un conjunto de tubos de cobre huecos. Dentro de esos tubos hay siete cristales de yoduro de sodio dopados con talio ultrapuros, los cristales más puros jamás fabricados.

Corta el detector de materia oscura.  Los tubos de cobre que contienen los cristales están en el centro.

Corta el detector de materia oscura. Los tubos de cobre que contienen los cristales están en el centro.

Como la materia oscura, estos cristales también son artefactos extraños. Los átomos de los cristales se apilan tan estrechamente que, en teoría, una partícula de materia oscura debería chocar con una sola partícula. Si funciona, el probador cree que podría tener tres colisiones al mes. Estas colisiones liberarán energía que puede ser captada por una serie de detectores que rodean los cristales.

“El cristal lo verá todo. Si ve materia oscura, producirá luz”, dice Barberio.

Lo que nos lleva al laboratorio en Italia, enterrado bajo el monte.

Durante 20 años, los científicos que trabajan en un laboratorio debajo de Gran Sasso, un pico nevado en la Cordillera de los Apeninos, dicen que han estado descubriendo materia oscura.

Casi nadie les cree. Un montón de otros experimentos que analizaron el mismo rango no encontraron nada. “Hay muchos otros experimentos en la Tierra que buscan materia oscura, y no han visto nada, no han visto ni una pista”, dice Egged.

Asi que el dijo, Nadie pudo mostrar Buena explicación de lo que están viendo los italianos también.

Quizás la parte más convincente del letrero de los italianos es la forma en que cambia. Imagínese el planeta Tierra orbitando alrededor del sol, el sol mismo moviéndose a través de la red de materia oscura invisible. En verano, la trayectoria orbital de la Tierra lo lleva en la misma dirección que el Sol, y en invierno lo lleva en la dirección opuesta. Esto es exactamente lo que ven los italianos: cuanto más rápido se mueve la Tierra a través de la materia oscura en el verano, más fuerte es la señal y en el invierno se debilita.

Por eso el laboratorio de Stawell se construyó con un reactivo idéntico al de los italianos. Si encuentra el mismo letrero, será una evidencia “muy sólida”, dice Egged, de que es hora de comenzar a reservar sus boletos para Estocolmo.

Lo que sucede si no encuentran una señal es más interesante. Porque estamos llegando rápidamente al punto en que los detectores son lo suficientemente sensibles como para que no haya ningún lugar donde esconder la materia oscura.

La ciencia funciona presentando una teoría y luego probándola hasta que se rompe. Quizás en 20 años, estaremos en ese punto con materia oscura. “Si todavía no hemos visto materia oscura, es difícil ver cómo podemos”, dice Egged.

Esto abre una segunda posibilidad: algo está desviando la luz y ejerciendo una enorme fuerza gravitacional sobre las galaxias que no entendemos. Algo de física nueva.

“Concepto [that] Nuestra ley de la gravitación puede estar equivocada, dice Tamara Davis, profesora de la Universidad de Queensland, “sigue siendo una propuesta viva”.

Barberio no está preocupado. “Cada vez más, pensamos que la materia oscura es más compleja de lo que pensamos”, dice.

La profesora Elisabetta Barberio dice:

“Creemos que la materia oscura es más compleja de lo que pensamos”, dice la profesora Elisabetta Barberio.crédito:Joe Armau

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