Cómo los nanoexplosivos podrían ayudar a resolver uno de los mayores misterios de la astrofísica

Uno de los grandes misterios de la astrofísica moderna es la naturaleza de la materia oscura. Esta es la materia misteriosa que, según los astrofísicos, debe existir para proporcionar las fuerzas gravitacionales necesarias para mantener unidas a las galaxias.

El consenso general es que hay alrededor de cinco veces más materia oscura que materia visible en el universo. Y esto plantea preguntas obvias: ¿qué es esto y cómo podemos detectarlo?

Estas preguntas han desencadenado una carrera todopoderosa entre los físicos para detectar la materia oscura y medir sus características. Pero los resultados de sus experimentos son desconcertantes y contradictorios. Algunos laboratorios afirman haber detectado el material, mientras que otros parecen descartar la posibilidad.

Lo que se necesita, por supuesto, es más datos de una mayor variedad de detectores. Y hoy, Alejandro López-Suárez de la Universidad de Michigan en Ann Arbor y algunos amigos proponen una idea novedosa. Esperan detectar la materia oscura por el efecto que tiene sobre los explosivos.

Su plan es crear pequeñas partículas explosivas que sean lo suficientemente sensibles como para detonar cuando sean golpeadas por un trozo de materia oscura. Una vez hecho esto, los físicos se sientan y esperan los fuegos artificiales que siguen.

La tecnología clave detrás de este plan es el desarrollo de gránulos de materiales termita que explotan cuando entran en contacto con un agente oxidante. Los ingenieros han utilizado durante mucho tiempo gránulos de escala micrométrica, pero en los últimos años también han comenzado a desarrollar gránulos de tamaño nanométrico.

Los materiales involucrados son relativamente sencillos. Las nanopartículas pueden estar hechas de un metal como aluminio o iterbio y el agente oxidante podría ser algo tan simple como óxido de hierro.

Dada la energía suficiente para iniciar la reacción, el metal se calienta y reacciona para formar un óxido metálico. Cuando una [partícula de materia oscura] golpea la capa de metal, el metal puede calentarse lo suficiente como para superar la barrera de energía química entre el metal y el óxido de metal, dicen López-Suárez y compañía. Se produce una explosión.

El diseño de este tipo de detector también es relativamente simple. Está formado por un gran número de celdas aisladas unas de otras. Cada celda consta de un gel oxidante en el que se incrustan nanopartículas metálicas.

Un detector completo necesitaría muchas células, quizás 10 ^ 14 de ellas, para crear un lío objetivo de, digamos, un kilogramo más o menos. Los físicos pueden observar lo que sucede escuchando las explosiones a medida que ocurren.

Este diseño tiene una serie de ventajas sobre los detectores de corriente. La primera es que es relativamente fácil distinguir las partículas de materia oscura del ruido de fondo creado por la radiación ionizante, por ejemplo.

Cuando una partícula de materia oscura golpea una nanopartícula, se calienta y provoca una microexplosión. Esto calienta otras nanopartículas cercanas provocando una reacción en cadena que se propaga a través de la célula. El resultado es que una sola celda dentro del detector explota.

Por el contrario, la radiación ionizante, como una partícula alfa, atravesaría muchas células y haría que todas explotaran. Por lo tanto, la firma de una sola celda que explota se puede distinguir fácilmente de las pistas creadas por el ruido de fondo.

Otra ventaja es que este mecanismo de reacción en cadena amplifica la señal de una sola partícula de materia oscura, lo que facilita su detección. Y también tiene un umbral de energía bajo que permite que también se detecten partículas de materia oscura relativamente claras.

Una pregunta importante, por supuesto, es si tal detector funcionaría. López-Suárez y compañía han analizado los números y han determinado que las nanopartículas de aluminio o iterbio incrustadas en un gel oxidante y manteniéndola a la temperatura del hidrógeno líquido deberían funcionar bastante bien.

Esa es una idea interesante. La siguiente etapa sería comenzar a probar estos materiales para ver cómo podrían combinarse en un detector prototipo. Un problema interesante para este grupo es cómo fabricar dicho detector en la superficie de la Tierra, donde es probable que el ruido de fondo de la radiación ionizante sea alto.

Muchos experimentos de materia oscura se encuentran en minas subterráneas profundas precisamente por esta razón. Este nuevo también podría necesitar ser alojado bajo tierra y probablemente también fabricado allí.

Existe un gran interés en este momento en nuevos tipos de detectores de materia oscura. El año pasado, analizamos un diseño que involucraba una cámara de rastreo de ADN que detecta partículas de materia oscura por el efecto que tienen en hebras simples de ADN.

Este es otro enfoque igualmente innovador. Será interesante ver si alguno de ellos ve la luz del día (por así decirlo, tos).

Ref: http://arxiv.org/abs/1403.8115 : Nuevos detectores de materia oscura que utilizan explosivos a nanoescala

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