La búsqueda de materia oscura se abre a nuevos horizontes tras décadas sin hallazgos concluyentes

El artículo de MIT Technology Review, firmado por Dan Garisto, ofrece un repaso amplio y bien documentado sobre el estado actual de la búsqueda de materia oscura, uno de los mayores misterios abiertos de la física fundamental. El texto no es un teaser de pago: se trata de un reportaje completo con declaraciones de varios físicos experimentales y teóricos, así como detalles técnicos concretos sobre experimentos en curso.

El punto de partida es revelador: los detectores subterráneos de xenón líquido —como LZ en la mina de Homestake (Dakota del Sur), PandaX-4T en China y XENONnT en el laboratorio de Gran Sasso (Italia)— llevan años buscando WIMPs (partículas masivas débilmente interactuantes, por sus siglas en inglés), el candidato favorito de materia oscura desde los años 80. Sin embargo, estos detectores han empezado a registrar señales que no proceden de materia oscura, sino de neutrinos solares, partículas ordinarias que atraviesan la Tierra sin dificultad. Este fenómeno, denominado "niebla de neutrinos" (neutrino fog), representa un límite físico casi infranqueable: cuanto más grandes y sensibles se vuelven los detectores para cazar WIMPs, más neutrinos detectan, y estos terminan por enmascarar cualquier posible señal de materia oscura real.

Esto implica que la próxima generación de detectores de xenón —el proyecto XLZD, que necesitaría entre 60 y 80 toneladas métricas de xenón líquido (prácticamente toda la producción mundial anual del elemento)— podría ser el último intento serio con esta tecnología. Y su futuro es incierto: en diciembre de 2025, el Departamento de Energía de EE.UU. anunció que no albergaría el proyecto ni cofinanciaría su coste, estimado en más de 300 millones de dólares, lo que según uno de los científicos citados (Hugh Lippincott, de la Universidad de California en Santa Bárbara) podría significar que el proyecto no llegue a materializarse nunca.

Ante este panorama, la comunidad de física de partículas está ampliando drásticamente el abanico de candidatos y estrategias de búsqueda. El artículo explica que, además de los WIMPs, existen otros candidatos teóricos que abarcan un rango de masas descomunal —del orden de 50 magnitudes de diferencia—, desde los agujeros negros primordiales (hipotéticos objetos del tamaño de asteroides formados tras el Big Bang) hasta los axiones, partículas ultraligeras que también fueron propuestas originalmente para resolver otro problema de la física de partículas (el llamado "problema CP fuerte" de la fuerza nuclear fuerte).

La búsqueda de axiones se lleva a cabo mediante "haloscopios", cámaras ultrafrías con campos magnéticos intensos que funcionan como una especie de radio sintonizable, con nombres tan curiosos como MADMAX o ABRACADABRA. Según el reportaje, hasta ahora solo se ha explorado entre un 10% y un 20% del espacio de parámetros donde podría encontrarse un axión que resuelva el problema CP fuerte, lo que deja aún mucho terreno por investigar. Gray Rybka, físico de la Universidad de Washington, aporta una anécdota simpática: en un momento del experimento detectaron una señal que en broma llamaron "un mensaje de Dios", que resultó ser una emisora de radio religiosa captada por error.

Otro frente de investigación es la llamada "materia oscura de baja masa", situada entre el peso de un electrón y un protón. Aquí los detectores usan cristales, semiconductores y hasta helio líquido superfluido para captar vibraciones o ionizaciones mínimas. El artículo menciona que en 2020 se registraron "eventos excedentes" en varios experimentos que hicieron pensar, por un momento, en una posible señal de materia oscura, pero que finalmente se explicaron por ruido de fondo (impurezas en los materiales, rayos cósmicos, e incluso un detector que vibraba por estar demasiado apretado en su montura). Esto ilustra cuán delicada y propensa a falsos positivos es esta rama de la investigación.

El reportaje también recoge propuestas más insólitas y a gran escala: buscar auroras ultravioleta en atmósferas planetarias causadas por la aniquilación de partículas de materia oscura, medir con precisión la temperatura del núcleo terrestre, o incluso examinar la superficie helada de Ganímedes (luna de Júpiter) en busca de cráteres anómalos que podrían haber sido causados por agujeros negros primordiales del tamaño de asteroides.

La física teórica Kathryn Zurek, del Caltech, propone un enfoque radicalmente distinto: centrarse exclusivamente en la interacción gravitatoria de la materia oscura, la única propiedad de la que tenemos certeza, en lugar de asumir hipótesis sobre su naturaleza específica. Sin embargo, ella misma reconoce que este camino podría tardar hasta cien años en dar frutos, y que probablemente no llegue a ver resultados en su propia vida.

El artículo cierra con una comparación esclarecedora respecto al hallazgo del bosón de Higgs: antes de que el LHC se pusiera en marcha, los físicos ya sabían, gracias a cálculos teóricos robustos, que el Higgs debía pesar entre 120 y 150 veces la masa de un protón, y efectivamente apareció en los datos con un valor de 133. En cambio, con la materia oscura, los científicos ni siquiera saben qué forma tiene el "sombrero" del que intentan sacar el número correcto, en palabras de Rybka. Aun así, investigadores como Rouven Essig (Stony Brook University) insisten en que, pese a la incertidumbre y el riesgo de no encontrar nada, la única opción sensata es seguir buscando por muchos frentes distintos a la vez.

En conjunto, el artículo transmite un mensaje claro: tras décadas de búsqueda infructuosa con un enfoque relativamente estrecho centrado en los WIMPs, la física de partículas está entrando en una fase mucho más exploratoria, diversa y experimental, con múltiples tecnologías, escalas y disciplinas —desde detectores de mesa hasta observación astronómica de lunas heladas— compitiendo por resolver uno de los enigmas más persistentes del universo.