Debajo de un macizo de los Apeninos, debajo de las montañas Jinping de Sichuan y en el fondo de una mina de Dakota del Sur, hay una caza cósmica en marcha.
Podemos saber bastante sobre la materia oscura a partir de esos efectos gravitacionales. Sabemos que la Vía Láctea contiene un halo de ese material. Nuestro propio sistema solar orbita el centro galáctico demasiado rápido para estar limitado únicamente por el tirón de la materia ordinaria: sin la atadura gravitacional de la materia oscura, seríamos arrojados al espacio intergaláctico. También podemos ver cómo el peso de la materia oscura de una galaxia desvía el camino de la luz a medida que avanza hacia los telescopios de la Tierra. Y a mayor escala, podemos ver cómo los supercúmulos de galaxias se distribuyen en el espacio como gotas de rocío en una telaraña. Ninguna teoría cosmológica sin materia oscura puede explicar todos estos fenómenos. El experimento PandaX-4T en la provincia china de Sichuan, que comenzó en 2020, busca materia oscura WIMP, utilizando un detector lleno de xenón líquido de pureza ultraalta.
Los físicos han desarrollado estrategias que esperan que den frutos. Una de las ideas más prometedoras es utilizar una cámara ultrafría bañada por un fuerte campo magnético como una radio, sintonizándola a longitudes de onda específicas. Si un axión resulta resonante, es decir, tiene la misma longitud de onda que la cámara, tiene la posibilidad de transformarse en algo mucho más fácil de detectar: una partícula de luz. El primer detector de tamaño completo, llamado haloscopio, se construyó en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en 1994; Hoy en día existe un círculo de detectores en todo el mundo, con nombres acrónimos extravagantes como MADMAX y ABRACADABRA. Este conjunto de tubos fotomultiplicadores sensores de luz se utilizó en XENON1T, un detector de materia oscura en el Laboratorio Nacional INFN Gran Sasso en Italia. Su sucesor, XENONnT, ya está en funcionamiento y cuenta con más de ocho toneladas de xenón líquido.
El ruido de fondo puede provenir de cualquier lugar: impurezas en detectores basados en silicio, materiales que han pasado demasiado tiempo en la superficie de la Tierra (los rayos cósmicos los vuelven ligeramente radiactivos). En un experimento, se sujetó con demasiada fuerza un detector cristalino; la presión adicional provocó vibraciones que parecían evidencia de materia oscura. “Siempre ha sido cierto que comprender esos antecedentes ha sido difícil”, dice Dan McKinsey, experimentalista del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. “Pero hemos cambiado nuestro régimen tan rápidamente que de repente no entendemos, como comunidad, cuáles son los orígenes clave”.
Controlar ese ruido de fondo es clave, especialmente a medida que se hacen más grandes los experimentos para detectar materia oscura de baja masa. En unos años, por ejemplo, McKinsey y sus colegas planean instalar una serie de experimentos de mesa en Modane, Francia, debajo de 1.700 metros de roca sólida en la frontera italiana. Uno de ellos es un recipiente con aproximadamente una cucharada de helio líquido ultrafrío. Si una partícula de materia oscura de baja masa impacta el líquido, generará una vibración que pulverizará miles de átomos de helio hacia arriba, donde los detectores de silicio buscarán cambios microscópicos de voltaje. Otras configuraciones funcionarán con cristales de zafiro-sílice y arseniuro de galio, un semiconductor.
Estos experimentos ayudarán a los investigadores a identificar los mejores métodos para utilizar con detectores más grandes, más sensibles y más caros. “Todavía hay muchas ideas y todavía no está del todo claro cuál será la mejor para ampliar realmente”, dice Essig. Por ahora, si cabe en una mesa y puede detectar de manera plausible la materia oscura, los físicos están dispuestos a probarlo.
La máxima gravedad
El coto de caza de materia oscura se extiende más allá de la superficie de cualquier mesa, o incluso de la propia Tierra. Algunos investigadores han sugerido que busquemos ese material no en laboratorios subterráneos sino en planetas, estrellas y lunas. Si las partículas de materia oscura ocasionalmente se aniquilan cuando se encuentran unas con otras, podrían ionizar el hidrógeno en la atmósfera de un planeta, creando una aurora ultravioleta visible desde el espacio. Esta autoaniquilación también podría ser una potente fuente de calor, suficiente para derretir el núcleo de un planeta. El hecho de que el núcleo de la Tierra sea sólido establece límites para las características de la materia oscura, y medir las temperaturas de los núcleos planetarios con mayor precisión podría establecer restricciones aún más estrictas.
La búsqueda de signos astrofísicos de la materia oscura no es nueva, pero en los últimos años los físicos se han vuelto casi artísticos con sus propuestas. Una sugerencia particularmente evocadora: observar el océano helado de Ganímedes, la luna de Júpiter. Si la materia oscura es realmente pesada (posiblemente un agujero negro primordial), podría perforar la superficie y deja un cráter que luce muy diferente al causado por un asteroide.
Algunos físicos de partículas piensan que sería mejor abandonar todas las suposiciones existentes y reenfocarse. “Todo lo que sabemos sobre la materia oscura proviene de su interacción con la gravedad”, dice Zurek de Caltech. If you concentrate more specifically on that interaction, she says, at least “you’re guaranteed to learn something.” Sabemos cómo se comporta la materia oscura en la escala del universo observable hasta las galaxias. “Más allá de eso, realmente sabemos muy poco sobre cómo la materia oscura colapsa bajo el peso de la gravedad”, dice Zurek. ¿Cómo se acumula, por ejemplo, al nivel de un sistema solar?
En los últimos años los físicos se han vuelto casi artísticos con sus propuestas. Una sugerencia particularmente evocadora: observar el océano helado de Ganímedes, la luna de Júpiter.
Este no es un proyecto del “próximo año” o de los “próximos cinco años”. Las tecnologías que tienen ahora los físicos simplemente no son lo suficientemente sensibles para buscar estas interacciones gravitacionales. Por eso Zurek piensa a largo plazo. Realmente a largo plazo. “Va a llevar décadas, probablemente 100 años”, reconoce. “It may not be something that I see in my lifetime.”
Algún día, tal vez monitoreando la sincronización de púlsares distantes (los restos giratorios de estrellas muertas) o midiendo ligeras perturbaciones en la interacción gravitacional entre átomos suspendidos en láseres, los físicos podrían aprender más sobre la verdadera naturaleza de la materia oscura.
Por ahora, la magnitud del problema parece desalentadora, especialmente en comparación con los que los físicos de partículas han abordado en el pasado. Por ejemplo, incluso antes de que el LHC se encendiera, quienes buscaban el bosón de Higgs habían cercado a su presa. Sabían, a partir de rigurosos cálculos teóricos y sólidas mediciones experimentales, que si el bosón existía, tenía que pesar entre 120 y 150 veces la masa de un protón. Poco después de que el LHC comenzara a destruir protones, el Higgs desapareció de los datos, con 133 veces la masa de un protón.
La materia oscura, por el contrario, sigue siendo un misterio casi total. Rybka compara adivinar sobre su masa o su fuerza de interacción con “sacar números de un sombrero”. “Literalmente ni siquiera sabemos cómo es el sombrero”, añade.
Con tantas incógnitas, el éxito está lejos de ser seguro y los investigadores no se hacen ilusiones. “No hay ningún descubrimiento garantizado. Es posible que esté perdiendo el tiempo por completo”, afirma Essig.
Nada de esto lo ha disuadido a él ni a otros. “Esa es precisamente la naturaleza del problema. Tenemos que buscar a lo largo y ancho y explorar muchas cosas”, afirma Essig. “Si no te gusta, haz otra cosa”.
Dan Garisto es un periodista independiente de física que vive en Syracuse, Nueva York.
Publicado originalmente en technologyreview.com el 18 de junio de 2026.
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