La absurda búsqueda de materia oscura
Summary
TLDREl script explora la búsqueda de la materia oscura, una sustancia hipotética que compone aproximadamente el 85% de la materia en el universo y que, según la mayoría de las teorías, no interactúa con nada más que la gravedad. Se describe un experimento en una mina de oro cerca de Melbourne, donde se instalará un detector de materia oscura a una profundidad de un kilómetro. El objetivo es observar si la materia oscura produce una señal periódica anual, que podría ser evidencia de su existencia. Se menciona el experimento DAMA/LIBRA en los Alpes italianos, que ha recopilado datos durante más de 20 años y ha notado una tasa de detecciones que varía con las estaciones. Aunque hay teorías alternativas que sugieren modificar la teoría de la gravedad en lugar de invocar la materia oscura, el consenso científico está a favor de que es una sustancia física. El script también discute los desafíos de diseñar un experimento que pueda detectar partículas de materia oscura sin ser interferido por el ruido ambiental, como los rayos cósmicos y la radiactividad del entorno. Finalmente, se destaca la importancia de la investigación en este campo, independientemente de si la materia oscura interactúa con la materia ordinaria o no.
Takeaways
- 🌌 Se está colocando un detector de materia oscura en una mina de oro cerca de Melbourne a una profundidad de un kilómetro.
- 🔍 La materia oscura se cree que compone el 85% de toda la materia en el universo y podría formar un universo sombra más grande de lo visible.
- 🧪 Más de 50 experimentos en las últimas décadas han intentado detectar materia oscura de manera directa, pero solo uno, DAMA/LIBRA, ha encontrado curiosos resultados.
- 📈 La tasa de detecciones en DAMA/LIBRA aumenta en junio y disminuye en noviembre, lo que algunos científicos consideran la primera evidencia directa de materia oscura.
- 🌌 La idea detrás de la periodicidad es que el movimiento de nuestro sistema solar a través de la materia oscura varía con las estaciones, afectando la tasa de detección.
- 📡 Para verificar la hipótesis, se construirá un experimento similar en el hemisferio sur, donde las estaciones están invertidas pero el movimiento a través de la materia oscura es el mismo.
- 🤔 La existencia de la materia oscura fue propuesta por Fritz Zwicky en 1933 después de observar el movimiento anómalo de galaxias en cúmulos.
- 🌌 La rotación de las galaxias, que mantiene una velocidad constante a medida que se alejan del centro, también apoya la existencia de materia oscura.
- 🔬 La materia oscura se cree que no interactúa con nada más que la gravedad, lo que la hace difícil de detectar.
- 🧐 La radiación cósmica micróndas (CMB) muestra diferencias de temperatura que son consistentes con la presencia de materia oscura.
- 🛠 Los detectores de materia oscura, como DAMA/LIBRA, utilizan cristales de yoduro de sodio para capturar posibles interacciones de partículas de materia oscura.
Q & A
¿Dónde se encuentra la mina de oro cerca de Melbourne y qué es lo que se busca allí?
-La mina de oro está ubicada a unos kilómetros de Melbourne y allí se busca instalar un detector para buscar materia oscura a una profundidad de un kilómetro.
¿Cuál es la composición estimada de la materia oscura en el universo?
-Se cree que la materia oscura compone aproximadamente el 85% de toda la materia que existe en el universo.
¿Cuál es el propósito del experimento DAMA Libra en los Alpes italianos?
-El detector de materia oscura DAMA Libra ha estado recolectando información durante más de 20 años, buscando evidencia directa de la existencia de la materia oscura.
¿Qué hipótesis se forma a partir de los patrones de detección en DAMA Libra?
-Algunos científicos creen que la tasa de detecciones que aumenta en junio y decrece en noviembre podría ser la primera evidencia directa de la existencia de materia oscura debido a la variación en el movimiento de la Tierra a través de la materia oscura.
¿Por qué se propone construir un experimento similar en el hemisferio sur cerca de Melbourne?
-Se propone construir un experimento similar en el hemisferio sur para verificar si las estaciones invertidas afectan la señal de detección de la materia oscura, lo que podría proporcionar evidencia más fuerte de su existencia.
¿Qué fue el descubrimiento de Fritz Zwicky en 1933 que llevó a la propuesta de la materia oscura?
-Fritz Zwicky, al estudiar el cúmulo de Coma, encontró que algunas galaxias se movían mucho más rápido de lo esperado, lo que sugirió la existencia de una materia invisible que interactúa solo a través de la gravedad.
¿Cómo se explica la observación de la velocidad constante de rotación en las galaxias a través de la hipótesis de la materia oscura?
-La hipótesis de la materia oscura sugiere que la presencia de una gran cantidad de materia no visible mantiene la velocidad de rotación constante, a pesar de estar más lejos del centro de la galaxia.
¿Qué evidencia adicional se ha encontrado en el cúmulo de galaxias para respaldar la existencia de la materia oscura?
-La observación del cúmulo de galaxias 'Bala' muestra que la mayoría de la masa se encuentra en los lados de la colisión en lugar del centro, donde se encuentra el gas interestelar, lo que sugiere que la materia oscura pasó a través y formó una lente gravitacional más grande.
¿Cómo se relaciona la radiación de fondo de microondas con la existencia de la materia oscura?
-Las manchas rojas y azules en la radiación de fondo de microondas, que indican diferencias de temperatura en el universo joven, se ven afectadas por la cantidad de materia oscura presente, lo que permite a los científicos estimar su abundancia.
¿Qué desafíos enfrentan los experimentos de detección de materia oscura, como el de la mina de oro cerca de Melbourne?
-Los experimentos enfrentan el desafío de eliminar el ruido generado por elementos radioactivos, rayos cósmicos y otros factores para poder detectar la materia oscura de manera clara y precisa.
¿Qué materiales y técnicas se utilizan para proteger y aislar el detector de la materia oscura en la mina?
-Se utilizan yoduro de sodio puro, alquilbenceno lineal, gas nitrógeno puro, acero y plástico para aislar y proteger el detector, además de técnicas como la pintura especial en las paredes de la mina para contener partículas radioactivas.
Outlines
🌌 Detección de Materia Oscura
El primer párrafo discute la construcción de un detector de materia oscura en una mina de oro cerca de Melbourne, a un kilómetro de profundidad. Se menciona que la materia oscura podría componer el 85% de la materia del universo y podría formar un universo sombra más grande que el visible. Se destaca el experimento DAMA Libra, que ha estado recolectando información durante más de 20 años y muestra una tasa de detecciones que varía anualmente, lo que algunos científicos consideran una posible evidencia directa de la materia oscura. Además, se explora la idea de que el movimiento de nuestro sistema solar a través de la materia oscura podría explicar la periodicidad de los resultados de DAMA Libra.
🌟 Materia Oscura y su Evidencia
El segundo párrafo aborda cómo la existencia de la materia oscura se ha inferido a partir de observaciones astronómicas. Se relata cómo Fritz Zwicky en 1933 y posteriormente Vera Rubin y Kent Ford, notaron anomalías en la rotación de galaxias que sugieren la presencia de una cantidad significativa de materia no visible. Se discute la hipótesis de la materia oscura como una partícula que interactúa solo a través de la gravedad y cómo esta idea se ha soportado por observaciones de cúmulos de galaxias y la radiación cósmica de microondas. Además, se menciona la posibilidad de que la teoría de la gravedad pueda requerir modificaciones en lugar de postular la materia oscura.
🔍 Experimentos de Detección de Materia Oscura
El tercer párrafo se enfoca en los desafíos técnicos de los experimentos de detección de materia oscura, específicamente en la mina de oro. Se describe el uso de cristales de yoduro de sodio para detectar interacciones de partículas de materia oscura y cómo se protegen estos cristales de interferencias radiactivas y cósmicas. Se discute la importancia de la profundidad de los detectores para minimizar el ruido y se menciona el uso de tecnología para filtrar señales de fondo. Además, se destaca la complejidad del entorno de la mina y las medidas tomadas para controlar el radón y otros elementos radioactivos. El párrafo concluye con una reflexión sobre la importancia del experimento para validar o refutar la existencia de la materia oscura y las implicaciones de sus resultados para la física.
Mindmap
Keywords
💡Materia oscura
💡Detector de materia oscura
💡Universo sombra
💡Movimiento anual de la Tierra
💡DAMA Libra
💡Radiación cósmica
💡Yoduro de sodio
💡Centelleo
💡Rayos Gamma
💡Radiación de fondo de microondas
💡Cúmulo de galaxias
Highlights
Se está colocando un detector para buscar materia oscura en una mina de oro a un kilómetro de profundidad cerca de Melbourne.
La materia oscura podría componer el 85% de toda la materia existente y formar un universo sombra cinco veces más grande que lo visible.
El experimento DAMA/LIBRA ha estado recolectando información durante más de 20 años, mostrando curiosos patrones de detección anual.
Algunos científicos consideran que los patrones de detección en DAMA/LIBRA podrían ser la primera evidencia directa de la materia oscura.
La idea detrás de la detección es que el movimiento anual de la Tierra a través de la materia oscura influye en la tasa de detecciones.
Para verificar la hipótesis, se construirá un experimento similar en el hemisferio sur, donde las estaciones están invertidas pero el movimiento a través de la materia oscura es el mismo.
El astrónomo Fritz Zwicky propuso la existencia de la materia oscura en 1933 después de observar el cúmulo de Coma.
La observación del movimiento de las estrellas en la galaxia de Andrómeda por Rubin y Ford también apunta hacia la existencia de materia oscura.
La radiación de fondo de microondas (CMB) muestra diferencias de temperatura que son consistentes con la existencia de materia oscura.
El cúmulo de galaxias 'Bulge' muestra que la materia oscura no interactúa con el gas interestelar durante las colisiones de cúmulos.
Existen alternativas a la materia oscura, como modificar la teoría de la gravedad para explicar las observaciones.
Los detectores de materia oscura están diseñados para minimizar el ruido y maximizar la sensibilidad a las partículas WIMPs o partículas masivas débilmente interactuantes.
Los experimentos de detección de materia oscura requieren un control estricto del ambiente para evitar interferencias de partículas radiactivas y otros factores.
Los detectores están ubicados a grandes profundidades para protegerse de la radiación cósmica y otros ruidos ambientales.
El experimento en la mina de oro cerca de Melbourne tiene como objetivo validar o refutar los resultados de DAMA/LIBRA.
La detección de materia oscura sería un hito en la física y podría cambiar nuestra comprensión del universo.
La posibilidad de que la materia oscura no interactúe con la materia ordinaria en ningún nivel pone a la ciencia ante un gran desafío.
La investigación en la materia oscura es un esfuerzo por comprender la naturaleza del 80% de la masa del universo que aún permanece desconocida.
Transcripts
estoy en una mina de oro a algunos
kilómetros de Melbourne donde colocarán
un detector para buscar materia oscura a
un kilómetro de profundidad
vamos
nos va a llevar media hora llegar a un
kilómetro bajo la tierra se cree que la
materia oscura compone un 85% de toda la
materia que existe podría formar un
universo sombra cinco veces más grande
que todo lo que vemos durante las
últimas décadas más de 50 experimentos
han intentado hacer una detección
directa de materia oscura pero ninguno
de ellos hallado nada excepto uno
debajo de una montaña en los alpes
italianos hay un detector de materia
oscura llamado dama Libra ha estado
recolectando información por más de 20
años y cada año ve los mismos curiosos
resultados
la tasa de detecciones aumenta a su
máximo en junio y luego decrece a su
mínimo en noviembre algunos científicos
creen que esto puede ser la primera
evidencia directa de la existencia de
materia oscura Pero por qué crearía la
materia oscura una señal periódica anual
bueno Esta es nuestra galaxia O al menos
como se ve de forma iluminada los
astrónomos sospechan que Está rodeada y
permeada por una esfera enorme de
materia oscura partículas invisibles
moviéndose por todas partes en
direcciones aleatorias
según la mayoría de las teorías la
materia oscura no interactúa con nada ni
siquiera consigo misma Excepto a través
de la gravedad
creemos que hay el quíntuple de materia
oscura de lo que hay materia ordinaria
[Música]
nuestro sistema solar se mueve alrededor
de la galaxia a 220 kilómetros por
segundo eso significa que nos movemos
también a ese ritmo a través de materia
oscura excepto que la tierra se mueve
alrededor del sol a 30 kilómetros por
segundo así que por medio año nos
movemos con el sol yendo más rápido a
través de la materia oscura la otra
mitad del año nos movemos en dirección
opuesta yendo más lento a través de la
materia oscura
La idea es que hayamos más materia
oscura al movernos más velozmente por
ella durante junio y menos materia
oscura al movernos más lentamente
durante noviembre la geometría de todo
esto es un poco más compleja el sistema
solar está inclinado a 60 grados en
relación con el plano de la galaxia
Pero la idea aún funciona
la señal observada en dama Libra se
puede dar por este movimiento a través
de materia oscura
o pueden no ser por la materia oscura en
absoluto podría ser algo mundano como la
temperatura la condensación la humedad
en la tierra la nieve en la montaña o el
número de turistas en Italia todas estas
cosas fluctúan en el período de un año
es por eso que construirán un
experimento casi idéntico en el
hemisferio sur en el fondo de esta mina
de oro cerca de Melbourne porque allí
las estaciones están invertidas pero
nuestro movimiento a través de la
materia oscura es el mismo por lo tanto
si vemos la misma señal será evidencia
fuerte de la existencia de la materia
oscura uno de los mayores problemas que
tiene dama Libra es que hay otros
experimentos muy similares que no ven
nada y esto ha llevado a mucha
incertidumbre acerca de si la señal de
dama Libra Es realmente materia oscura
es así no podemos saberlo lo que más nos
gusta de la ciencia Pero por qué creemos
que la materia oscura existe en primer
lugar en 1933 el astrónomo suizo
fritzwicky estaba estudiando el cúmulo
de coma que contiene más de 1000
galaxias estas galaxias están agrupadas
entre sí por la gravedad todas orbitan
colectivamente alrededor de su centro de
masa suki midió las velocidades
orbitales de estas galaxias y halló que
algunas se movían mucho más rápido de lo
que él esperaba era como si hubiera
mucha más materia en el cúmulo de lo que
él veía atrayendo todo hacia adentro
propuso la existencia de materia
invisible a la que llamó don' mattiorie
el origen del término materia oscura
nadie tomó esta idea en serio pero 40
años después la materia oscura apareció
nuevamente
ver a rubin y Kent Ford observaron el
movimiento de las estrellas en la
galaxia andrómeda y esperaban que
mientras más lejos del centro más
lentamente orbitarían las estrellas Pero
esto no fue lo que hallaron la velocidad
rotacional se mantiene casi
constantemente al aumentar la distancia
del centro
sin masa adicional en la galaxia para
atraer a esas estrellas deberían ser
lanzadas hacia el espacio el resultado
fue el mismo en otras galaxias usando
radiotelescopios Albert mosma y otros
detectaron casi hidrógeno incluso más
lejos del centro de la galaxia pero la
velocidad rotacional aún era constante
una forma de explicar esto es considerar
la existencia de materia que no podemos
ver materia oscura que sostiene en forma
a estas galaxias
imagina que tienes una estrella y esto
representa la masa de todo lo que desde
el centro de la galaxia la trae hacia
adentro la estrella puede mantener una
órbita estable si su fuerza centrípeta
es equivalente a la atracción
gravitacional a toda la masa en el resto
de la galaxia puedes ver que a una
distancia de un metro Esta es la
velocidad de la órbita OK Pero qué
sucede cuando agregamos materia oscura
esta botella con agua representa la
materia que no podemos ver ahora hay más
masa atrayendo a la estrella al centro
Lo que significa que en la misma órbita
ahora puede moverse más rápido y de
hecho debe ir más rápido para mantener
esa órbita
esto explica la observación Esto es lo
que vemos
[Risas]
tras ver las velocidades de rotación de
las estrellas los científicos estiman
que casi el 85% de la masa de una
galaxia es materia oscura Pero hay otra
forma de explicar estas observaciones
sin invocar a la materia oscura y es
modificar nuestra teoría de la gravedad
Cuál es la evidencia que sostiene que la
idea de la partícula es equivocada y que
deberíamos estar buscando revisar la
teoría de la gravedad podemos invocar
algo que no vemos decir bueno el
universo es lo que vemos y necesitamos
explicar lo que sucede en él y la única
forma de hacerlo es modificar las leyes
de la física al mirar las afueras de las
Galaxias tienen demasiada aceleración
centrípeta la materia oscura dice que la
aceleración centrípeta es por el efecto
gravitacional de esa materia oscura
mientras que la gente como Mont dice no
eso es aceleración centrípeta es un
hecho que ha llegado este suelo y no
podrá bajar más dicen que que no hay
fuerza adicional por la materia oscura
Pero hay un límite en cuanto puede
reducirse esa aceleración creo que el
consenso está muy a favor de que es una
sustancia física Ya que parece razonable
que puede haber otras partículas ahí
afuera que aún hemos visto
y hay más evidencia Este es el cúmulo
bala un lugar donde dos cúmulos de
galaxias colisionaron la mayoría de la
masa ordinaria de estos cúmulos está en
el gas Interestelar y Cuando ocurrió la
colisión el gas Interestelar interactúa
se calentó y bajó su velocidad
lo esperable Es que la mayoría de la
masa del cúmulo bala esté en el centro
donde está todo este gas pero si usas la
lente gravitacional Y ves como la
gravedad curva la luz puedes incluso
medir Dónde se encuentra la mayoría de
la masa en esta imagen y no es en el
centro es en verdad a sus dos lados la
mejor forma de explicar esto es que
cuando colisionaron los cúmulos todo
este gas quedó Atrapado en el centro
pero la materia oscura pasó creando el
mayor lente gravitacional donde vemos la
menor materia ordinaria
aún más evidencia de materia oscura
viene de la luz más antigua del universo
380 mil años después del Big Bang la luz
pudo finalmente viajar por el universo
sin impedimentos Esto es lo que llamamos
radiación de fondo de microondas o cmv
las manchas rojas muestran donde el
universo joven era más caliente y las
azules muestran donde era más frío estas
diferencias de temperatura eran leves
solo un 0,1%. pero allí están
puedes convertir esta imagen en un
gráfico al contar Cuántas manchas hay de
distintos tamaños está la mancha de
tamaño más común que produce este pico
pero también hay otras manchas de
tamaños comunes que producen estos picos
cada vez más pequeños
la altura de estos picos depende de
Cuánta materia oscura hay en un universo
sin materia oscura el gráfico se vería
así pero al aumentar la materia oscura
la amplitud de los picos de números
pares decrecen para combinar las medidas
del cmd necesitamos al menos 5 veces la
cantidad de materia oscura de lo que hay
materia ordinaria esta figura también
concuerda con la cantidad de materia
oscura requerida para explicar los
movimientos de las estrellas en las
Galaxias y los movimientos de las
Galaxias en los cúmulos la hipótesis de
la materia oscura explica muchas
observaciones diferentes con un simple
marco teórico que hay cierto tipo de
partícula allí afuera que solo
interactúa con la gravedad Pero qué es
exactamente esta partícula bien como no
sabemos los científicos han propuesto
una enorme cantidad de cosas distintas
que podría ser ahora tenemos que
intentar salir y buscarlas el ángulo
difiere dependiendo de qué es lo que se
intenta hallar
dama libra y el detector en el fondo de
la mina de oro están buscando Wings o
partículas masivas débilmente
interactuantes se cree que estas
partículas pesan casi lo que un protón
pero interactúan extremadamente débil
con material ordinaria
en el centro del detector hay siete
cristales de 7 kilos de puro yoduro de
sodio esto de aquí es realmente yo duro
de sodio no esperaba que fuese tan
transparente La idea es que muy muy poco
frecuentemente una partícula de materia
oscura puede golpear un núcleo en el
cristal y transferir su energía esto
crea un Destello de luz llamado
centelleo que es detectado por tubos de
fotomurtificación sensores de luz muy
sensibles que se hallan encima y debajo
de cada cristal Pero hay un problema
Incluso el cristal más puro de yoduro de
sodio contiene potasio radioactivo y
Cuando un átomo de potasio se descompone
emite un electrón y un rayo Gamma el
electrón puede causar un centelleo en el
cristal justo como la hipotética
partícula de materia oscura Así que para
eliminar estos eventos los cristales de
yoduro de sodio se sumergen en un tanque
lleno de 12 toneladas de alquilbenceno
lineal Este es un líquido centellante
que emite luz cuando es expuesto a un
rayo Gamma así Esa luz puede detectarse
por los tubos de fotomurtificación del
tanque si hay una detección simultánea
en el cristal y en El Tanque lo más
posible es que sea por descomposición
del potasio no un evento por materia
oscura Pero hay otro problema rayos
cósmicos partículas energéticas del Sol
y de otras galaxias golpean la atmósfera
de la tierra creando muones
esencialmente electrones pesados que se
mueven hacia la tierra a casi la
velocidad de la luz los muones también
crean destellos de luz en los cristales
Este es un detector de moles que tiene
estos tres Trozos de plástico separados
por estas tres placas de acero
Si vemos un Destello de luz en los tres
en básicamente el mismo momento sabemos
que un Moon ha pasado a través de ellos
si lo reinicio veremos
que cuenta los Bones que detecta es al
menos algunos por segundo
es por esto que todos los detectores de
partículas sensibles están posicionados
bien bajo tierra aquí tenemos el
detector de muones ahora un kilómetro
bajo tierra está encendido desde hace 15
minutos y no ha detectado hasta ahora
ningún mono
si debemos dejarlo encendido por un
largo tiempo Si queremos detectar un
Moon calculamos qué número de moles aquí
abajo sería un millón menos y no vimos
un millón arriba Así que probablemente
no veamos ni uno aquí abajo y ese es el
objetivo de colocar un detector de
materia oscura bajo tierra debes
deshacerte de todo lo que en el entorno
crearía ruido para el detector pero
incluso esta protección es insuficiente
tienen detectores de moles justo arriba
de los tanques así Si un Destello se ve
en el cristal al mismo tiempo que se
detecta un Moon puede descartarse
estar bajo tierra también trae sus
desafíos las paredes de la mina
contienen pequeños rezagos de elementos
radioactivos como uranio y torio que se
descomponen y forman gas radón los
requerimientos aquí son muy serios para
los experimentos de materia oscura
debemos controlar el ambiente por
completo en particular el nivel de ratón
para contrarrestar esto las paredes de
la Cueva están revestidas con pintura
especial que contiene las partículas
radioactivas los cristales están
inmersos en una corriente continua de
gas nitrógeno puro y el detector está
totalmente envuelto por 120 toneladas de
acero y plástico
Miren el tamaño de esta cueva
hay mucho que depende de este
experimento validará o refutará uno de
los resultados más discutidos en la
física si no vemos nada bien es la
muerte de dama Libra pero si vemos algo
pues todos contentos Claro en verdad me
gusta la idea de que como el 80% de la
masa del universo es materia oscura o
algo oscuro quizás hay más de una sola
partícula que compone a la materia
oscura puede ser un modelo estándar
enteramente oscuro por ejemplo una
versión oscura de todo lo que sí podemos
ver o algo más complejo porque hay más
de ella me gustaría que sea eso crees tú
que la materia oscura interactúa con la
materia ordinaria si Queremos saber que
es todo eso debemos esperar que haya
algún nivel de interacción que podamos
al menos investigar a la hora de hacer
experimentos si Dios me diera el gran
libro de la física y hubieran dos
secciones sección hay sección B una para
la materia luminosa y uno para la
materia oscura y no se hablaran entre
ellas diría que eso sería un universo
muy peculiar pero en la tenemos que
vivir con la posibilidad de que en
cierto nivel quizá nunca hayamos la
respuesta podrá eludirnos
Pero al menos lo intentamos
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