Tendencias21
Un bit cuántico acelera la búsqueda de materia oscura

Un bit cuántico acelera la búsqueda de materia oscura

Un bit cuántico es capaz de detectar materia oscura a partir de su interacción con el universo visible: almacena el fotón resultante y comprueba que procede de partículas invisibles.

Investigadores del laboratorio de física de altas energías Fermilab, en Estados Unidos, han construido un bit cuántico que acelerará 1.000 veces la búsqueda de la materia oscura.

La materia oscura, que representa el 85% de toda la materia del universo, intriga a los científicos desde 1933, cuando se detectó una masa no visible que afecta a los movimientos de las estrellas y galaxias.

Sin embargo, todavía no ha sido detectada directamente, si bien numerosas observaciones realizadas en las últimas décadas han comprobado la presencia de esta masa invisible en varias partes del universo.

Aunque su existencia se considera más que probada, la búsqueda de la materia oscura se ha intensificado porque su confirmación experimental podría ser la clave para una nueva comprensión de la física y de nuestro lugar en el universo.

Bits cuánticos

El equipo Fermilab de la Universidad de Chicago ha dado un paso significativo en esta búsqueda: ha utilizado con éxito bits cuánticos, más conocidos como cúbits, para detectar fotones generados cuando las partículas de materia oscura afectan a un campo electromagnético y se convierten en fotones.

Tal como explican los investigadores en un comunicado, hay dos tipos de partículas subatómicas en las que podría aparecer la materia oscura.

Una sería el axión (cuya existencia todavía no se ha comprobado) y otra el fotón oscuro (un bosón hipotético situado más allá del Modelo Estándar). Los cúbits desarrollados por este equipo pueden detectar las débiles señales que emiten ambas partículas.

Si realmente existen, estas partículas posiblemente interactúan con las partículas de luz (fotones) del universo visible y sería el momento de detectarlas directamente: el cúbit es capaz de almacenar el fotón resultante de la interacción y de descubrir si realmente procede de axiones o de fotones oscuros.

Tema relacionado: La materia oscura sirve para casi cualquier cosa

Sensibilidad

Esta técnica hará avanzar como nunca la búsqueda la materia oscura, ya que detectará cualquier partícula invisible que se convierta en luz (fotones).

Los investigadores explican que la clave de la sensibilidad de la técnica es su capacidad para eliminar lecturas falsas positivas, ya que las técnicas convencionales de búsqueda de materia oscura destruyen los fotones que miden.

La nueva técnica, sin embargo, debido a su naturaleza cuántica, puede sondear el fotón sin destruirlo: la realización de hasta 50 mediciones repetidas del mismo fotón, en el transcurso de su vida útil de 500 microsegundos, proporciona un seguro contra lecturas erróneas, aseguran los investigadores.

Otra ventaja de la nueva técnica es que también reduce el ruido que dificulta la lectura de la señal: suprime prácticamente todo el ruido estático (el que genera el ambiente) y permite una observación nítida del fotón almacenado.

La imagen recoge la cavidad (cilindro azul) que se utiliza para detectar una señal de materia oscura. El cúbit se presenta en color morado y mide el estado de la cavidad. Si la materia oscura ha depositado con éxito un fotón en la cavidad, la salida mide 1. Ninguna deposición de un fotón mediría 0. Imagen cortesía de Akash Dixit.

Más posibilidades

La diferencia con el método tradicional es que, mientras este genera un fotón de ruido en cada medición, la tecnología cuántica obtiene un fotón de ruido cada mil mediciones.

La técnica es 36 veces más sensible a las partículas que el límite cuántico, un punto de referencia de las mediciones cuánticas convencionales, aseguran los científicos del Fermilab.

Eso significa que, si existen axiones, el experimento actual ofrece una posibilidad entre 10.000 de que detecte un fotón producido por una interacción con la materia oscura.

Los investigadores concluyen: «Si bien todavía hay mucho camino por recorrer, hay razones para ser optimistas» porque esta tecnología promete correr el velo que impide la observación directa de la materia oscura.

La física cuántica, una vez más, trasciende límites hasta ahora infranqueables y abre nuevos horizontes al descubrimiento de la enigmática materia oscura.

Referencia

Searching for Dark Matter with a Superconducting Qubit. Akash V. Dixit et al. Phys. Rev. Lett. 126, 141302 – Published 8 April 2021.

Foto superior: La imagen recoge un cúbit (rectángulo pequeño) similar al propuesto en esta investigación. Está situado sobre una superficie de zafiro, que a su vez está encima de un dedo para mostrar la escala. Crédito: Reidar Hahn, Fermilab.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

2 comentarios

  • «La materia oscura, que representa el 85% de toda la materia del universo» … a ver, se supone que es así, pero aun es una teoría sin demostrar. No hay ninguna verificación o prueba de la existencia de la Materia Oscura y en cuanto a sus efectos gravitacionales ya esta explicados, si se aplica la dinámica newtoniana modificada, o MOND.

RSS Lo último de Tendencias21

  • Detectan por primera vez materia oscura en un cúmulo galáctico 14 febrero, 2024
    La materia oscura identificada, detectada indirectamente en un cúmulo conformado por miles de galaxias, podría ayudar a los científicos a comprobar la existencia de una estructura a gran escala que se extiende por todo el Universo: de esta forma, un "andamiaje" de materia oscura atravesaría todo el cosmos y sería el sostén de innumerables galaxias, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El primer implante cerebral de Neuralink en un humano está rodeado de misterio 14 febrero, 2024
    Existen dudas sobre si el primer implante cerebral a un humano, anunciado por Elon Musk el 29 de enero, se ha producido realmente, ya que todo está rodeado de falta de transparencia, ausencia de certificación científica, escasos detalles sobre su tecnología, sus métodos y sus resultados.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Descubren un fármaco de animación suspendida que imita la hibernación 14 febrero, 2024
    Descubren un fármaco de "animación suspendida" que imita la hibernación y podría mejorar el trasplante de órganos, asegurar la supervivencia ante lesiones traumáticas y facilitar los viajes espaciales de larga duración.
    Redacción T21
  • La muerte los llama y ellos se juntan 13 febrero, 2024
    Un experimento desarrollado en "granjas de cadáveres" permitió comprobar que la descomposición de cuerpos humanos y de otras especies atrae siempre a las mismas variedades de microorganismos y hongos, sin importar el clima, la estación del año o la ubicación en el globo. Un mejor conocimiento de esta comunidad "universal" de descomponedores permitirá importantes avances […]
    Pablo Javier Piacente
  • Una corriente oceánica fundamental para el equilibrio climático podría anticipar su colapso 13 febrero, 2024
    Los científicos han descubierto una señal de advertencia clave antes que una corriente crucial del Atlántico colapse y sumerja al hemisferio norte en un verdadero caos climático: la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico (AMOC) genera una liberación de calor que ayuda a mantener a Europa, y también en parte a América del Norte, más […]
    Pablo Javier Piacente
  • Toda la biblioteca privada de Darwin ya está disponible en Internet 13 febrero, 2024
    La biblioteca privada de Charles Darwin ha sido completamente reconstruida y está disponible en Internet por primera vez, coincidiendo con el 215 cumpleaños del naturalista. El catálogo, de 300 páginas, contiene 7.400 títulos con un total de 13.000 volúmenes entre libros, escritos y revistas, que están al alcance de todo el mundo sin salir de […]
    Redacción T21
  • El metro de Londres implanta IA para vigilar la red subterránea 13 febrero, 2024
    El metro de Londres ha probado herramientas de vigilancia con IA en tiempo real para detectar posibles situaciones de riesgo o de conflicto y permitir al personal intervenir rápidamente. Detecta comportamientos agresivos e identifica a las personas que se cuelan sin pagar.
    Redacción T21
  • La memoria universal promete revolucionar a la informática 12 febrero, 2024
    La memoria universal podría reemplazar tanto a la RAM como al almacenamiento interno en los ordenadores de uso masivo, brindando una alternativa más rápida y más eficiente a nivel energético. Un nuevo estudio muestra un posible enfoque revolucionario de la memoria universal: empleando un nuevo material denominado GST467, los investigadores apreciaron que la memoria mejora […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los relámpagos volcánicos habrían encendido la llama de la vida en la Tierra primitiva 12 febrero, 2024
    Cuando la Tierra era joven y salvaje, los procesos en nuestro planeta transformaron una mezcla de ingredientes en lo necesario para impulsar la vida. Para esto es crucial el nitrógeno, un nutriente esencial para formar proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos. Los científicos han descubierto evidencias geológicas que indican que las descargas de rayos asociadas con […]
    Pablo Javier Piacente
  • La genética tiene mucho que decir sobre el asesinato de una madre adoptiva 12 febrero, 2024
    Según la genética, el comportamiento de los hijos adoptados está mayoritariamente influido por los padres biológicos, mientras que el parecido entre padres e hijos en una familia adoptiva es muy pequeño. Además, un hijo adoptado no tiene vínculos genéticos con su madre adoptiva y puede heredar ciertas maneras de pensar de sus padres biológicos, especialmente […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia