La materia oscura es uno de los grandes enigmas de la ciencia actual. No la podemos ver: no emite luz, no brilla, no refleja nada. Pero sabemos que está ahí porque su gravedad afecta a las estrellas, a las galaxias… ¡incluso a la forma en que se expande el universo! De hecho, se calcula que aproximadamente el 85 % de la materia del universo es materia oscura.

¿Y entonces por qué no la hemos detectado directamente? Porque si existe, probablemente está hecha de partículas exóticas que apenas interactúan con nada. Una de las ideas más populares es que se trata de unas partículas llamadas WIMPs (por sus siglas en inglés), que serían masivas, invisibles y muy difíciles de atrapar.

En un artículo reciente, publicado en Physical Revieew Letters, un equipo de físicos —entre ellos José Francisco Zurita, a quien entrevistamos hoy en Hablando con Científicos — ha propuesto una nueva estrategia para cazar estas partículas esquivas.

En lugar de usar protones como hace el LHC, este nuevo colisionador usaría muones, unas partículas parecidas a los electrones pero más pesadas. La idea es hacerlo funcionar a altísimas energías (3 TeV) y observar qué ocurre cuando los muones chocan.

El estudio se centra en un modelo llamado materia oscura mínima (MDM), que propone que existe una partícula neutra que podría ser materia oscura, que tiene compañeras muy parecidas, con carga eléctrica y casi la misma masa. Cuando estas partículas cargadas se desintegran, dejan una especie de huella suave y débil (lo que los físicos llaman soft track), casi imperceptible.

El problema es que esas huellas son muy difíciles de ver con los aceleradores actuales. Se confunden fácilmente con el “ruido” del entorno. Pero el equipo propone que, con el colisionador de muones y detectores suficientemente precisos, se pueden detectar esas señales suaves si se buscan con inteligencia.

El gran inconveniente para construir este nuevo tipo de aceleradores estriba en el hecho de que los muones son partículas inestables que cambian en un tiempo muy corto. No obstante, su construcción permitiría superar los problemas actuales para la detección de materia oscura porque, a diferencia de los grandes colisionadores como el LHC, proporcionaría una señal más fácil de detectar.

Estas “huellas suaves” permitirían detectar, por ejemplo, el Higgsino, una partícula que podría ser materia oscura y que forma parte de teorías como la supersimetría.

Usando simulaciones y técnicas avanzadas, el equipo mostró que es posible detectar este tipo de materia oscura con un colisionador de muones. Es un gran ejemplo de cómo la física de partículas combina tecnología, teoría e imaginación para explorar los misterios del universo.

Os invito a escuchar a José Francisco Zurita Investigador del Instituto de Física Corpuscular un istituto mixto del CSIC y la Universitat de Valência.

Referencias:

R.Capdevilla, F. Meloni and J. Zurita. Discovering Electroweak Interacting Dark Matter at Muon Colliders using Soft Tracks. Phys. Rev. Lett. DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.181802

R. Capdevilla, F. Meloni, R. Simoniello and J. Zurita, Hunting wino and Higgsino dark matter at the muon collider with disappearing tracks, JHEP 06. DOI: 10.1007/JHEP06133