Físicos de la Universidad Texas A&M están desarrollando detectores altamente sensibles para descubrir la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, que componen el 95% del universo. Liderados por el Dr. Rupak Mahapatra, estos esfuerzos buscan detectar interacciones raras de partículas que ocurren con poca frecuencia. El trabajo, destacado en Applied Physics Letters, se basa en décadas de investigación sobre enigmas cósmicos.
La composición del universo sigue siendo en gran parte misteriosa, con solo el 5% consistente en materia ordinaria visible para telescopios e instrumentos. El 95% restante está dominado por la materia oscura, que representa alrededor del 27% y da forma a la estructura de las galaxias mediante efectos gravitacionales, y la energía oscura, que constituye el 68% y acelera la expansión del cosmos. Ninguna emite, absorbe ni refleja luz, lo que complica su detección directa, por lo que los científicos infieren su presencia a partir de influencias gravitacionales en los movimientos galácticos y estructuras a gran escala. El Dr. Rupak Mahapatra, físico experimental de partículas en la Universidad Texas A&M, compara el conocimiento actual con “intentar describir un elefante solo tocando su cola. Sentimos algo masivo y complejo, pero solo estamos captando una pequeña parte”. Su equipo diseña detectores avanzados de semiconductores equipados con sensores cuánticos criogénicos para capturar señales elusivas de partículas de materia oscura. Estos instrumentos deben detectar interacciones tan débiles que podrían ocurrir solo una vez al año o incluso una vez por década. “El desafío es que la materia oscura interactúa tan débilmente que necesitamos detectores capaces de ver eventos que podrían suceder una vez al año, o incluso una vez por década”, explicó Mahapatra. El grupo de Mahapatra contribuye al experimento TESSERACT, una búsqueda global de materia oscura que enfatiza la amplificación de señales en medio del ruido. Durante más de 25 años, ha avanzado el proyecto SuperCDMS, incluyendo un avance en 2014 en Physical Review Letters que permitió la detección de partículas masivas de interacción débil de baja masa (WIMPs), candidatos principales para la materia oscura. Estas partículas hipotéticas interactúan mediante la gravedad y la fuerza nuclear débil, pasando a menudo a través de la Tierra sin ser detectadas, lo que requiere sensores ultrafríos cerca del cero absoluto para colisiones raras con materia ordinaria. Un estudio de 2022 coescrito por Mahapatra exploró estrategias combinadas como detección directa, métodos indirectos y búsquedas en colisionadores para WIMPs. “Ningún experimento único nos dará todas las respuestas”, señaló. “Necesitamos sinergia entre diferentes métodos para armar el panorama completo”. Detectar la materia oscura podría revolucionar la física, revelando leyes fundamentales e inspirando tecnologías imprevistas. “Si podemos detectar la materia oscura, abriremos un nuevo capítulo en la física”, dijo Mahapatra.