Estudian la materia oscura a través de novedoso modelo

En la Universidad de Leeds, Reino Unido, el estudiante mexicano Diego Alberto Quiñones Valles trata de develar los misterios de la materia oscura a través de un novedoso modelo.

Bajo la asesoría del prestigiado investigador Benjamin Varcoe, dicho modelo consiste en estudiar la interacción entre partículas neutrales y los átomos, indicó el estudiante mexicano, que realiza un doctorado en información cuántica con apoyo de una beca del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Quiñones Valles explicó que su modelo se basa en el hecho de que las partículas de interacción débil al chocar con el núcleo del átomo intercambiaran una pequeña cantidad de energía, similar a la colisión entre dos bolas de billar.

El intercambio de energía producirá un desplazamiento repentino del núcleo que eventualmente será sentido por el electrón. La cantidad de energía transferida es muy pequeña, por lo que es necesario un tipo especial de átomo para hacer que la interacción sea relevante.

Los átomos son probablemente mucho más pesados que las partículas de materia oscura, así que en lugar de que una bola de billar golpee a otra igual, sería como si una pequeña piedra de mármol golpeara una bola de boliche, lo cual sería muy difícil de distinguir.

Para aumentar la probabilidad de detección en el laboratorio, se pueden preparar los átomos en un estado de Rydberg, que implica hacerlos cuatro mil veces más grandes, los cuales serán más sensitivos a la interacción de la materia oscura.

Esta información, que fue reportada en el artículo científico “Decoherence in excited atoms by low-energy scattering”, publicado en la revista Atoms, forma parte del proyecto “Detección de perturbaciones espacio-temporales con metrología cuántica”, que realiza el estudiante mexicano como parte de sus estudios de posgrado.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Qué reportó en su paper?

Diego Alberto Quiñones Valles (DAQV): En el paper presentamos un nuevo mecanismo de interacción entre átomos y partículas neutrales. Nuestro análisis muestra que cierto tipo de átomos, llamados átomos de Rydberg, son especialmente afectados por esta interacción, lo cual puede ser aplicado para la detección de materia oscura. Nuestro objetivo es extender el modelo para la detección de ondas gravitacionales.

AIC: ¿Qué son los átomos de Rydberg?

DAQV: Estos son átomos altamente excitados y poseen largas distancias entre el núcleo y el electrón, siendo efectivamente “agrandados”. Debido a que su estado es altamente energético, son muy susceptibles a cualquier tipo de perturbaciones; esta propiedad es lo que los hace útiles para la detección de partículas de interacción débil.

AIC: ¿Qué es la materia oscura?

DAQV: Es una misteriosa sustancia que compone aproximadamente 85 por ciento de toda la materia en el universo. A pesar de ser tan abundante, no estamos seguros de su existencia ya que es totalmente invisible. Diversos tipos de partículas son candidatos a materia oscura, pero hasta el momento nadie ha sido capaz de detectar estas partículas.

AIC: ¿Por qué es importante?

DAQV: El entendimiento de la materia oscura y ondas gravitaciones es de mayor importancia para una visión completa de las leyes fundamentales de la física. Sin embargo, nuestro estudio no se limita a estos conceptos ya que en él se presenta un análisis de cómo la interacción de partículas afecta a los átomos, lo cual pudiera presentar un límite fundamental en futuras tecnologías basadas en procesadores de información atómicos (computadoras cuánticas).

AIC: ¿Qué es lo novedoso?

DAQV: La mayoría de los experimentos actuales está limitada a detectar partículas con masa relativamente grande, por ejemplo los WIMP, que son unas partículas hipotéticas que podrían explicar el problema de la materia oscura.

Nuestro modelo funciona para partículas en un rango de masa mucho menor, tal como los axiones. Además, nuestros cálculos sugieren que los átomos interactuarán en menor medida con los rayos cósmicos, por lo que no se requeriría protegerlos como en otros experimentos, los cuales se realizan en minas subterráneas profundas.

AIC: ¿Cómo estudia la materia oscura?

DAQV: En nuestro modelo, la partícula de interacción débil colisiona con el núcleo atómico, lo cual cambia la energía del átomo. Después de la interacción, uno puede medir la energía del sistema para obtener información de las propiedades de la partícula desconocida.

Recursos humanos altamente capacitados

AIC: ¿Qué papel ha jugado el Conacyt en su formación académica?

DAQV: El apoyo financiero proporcionado por Conacyt me ha permitido realizar mis estudios de maestría y doctorado. Sin ese apoyo no me hubiera sido posible realizar mis posgrados.

AIC: ¿Qué ventajas le ha dado estudiar en el extranjero?

DAQV: Me ha dado la oportunidad de conocer y, en algunos casos, colaborar con investigadores de alto nivel y prestigio. También me ha permitido asistir a conferencias, talleres y eventos en instituciones de reconocimiento mundial. El conocimiento, habilidades y contactos adquiridos son invaluables para mi desarrollo como investigador.

AIC: ¿Qué piensa hacer cuando regrese a México?

DAQV: Buscar un puesto posdoctoral o de investigador en mi área de especialización, en el cual pueda aplicar el conocimiento obtenido durante mis estudios.

AIC: ¿Colabora con alguna institución mexicana?

DAQV: No por el momento, aunque me encuentro en contacto con varios investigadores de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. El año pasado publiqué, en colaboración con mi asesor de maestría, un paper.

Fuente: CONACYT.