El experimento SuperCDMS alcanza temperaturas cercanas al cero absoluto y da un paso clave en la búsqueda de la materia oscura
En el corazón de una mina canadiense, un experimento ha logrado enfriarse hasta casi el cero absoluto para escuchar lo que hasta ahora era inaudible. El hito abre una nueva ventana en la carrera por detectar la materia oscura, el misterioso y escurridizo componente que forma la mayor parte del universo.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Miembros del equipo de científicos del experimento subterráneo SuperCDMS, diseñado para detectar materia oscura ligera, ha sido enfriado hasta temperaturas operativas unas cien veces más frías que el espacio, lo que ha permitido que sus detectores superconductores entren en funcionamiento. Cortesía: SLAC
En las profundidades de una mina de níquel, a casi dos kilómetros bajo tierra en Canadá, un experimento científico ha alcanzado un umbral que durante años fue solo una promesa técnica: una temperatura tan baja que desafía cualquier referencia cotidiana.
Cientos de veces más frío que el vacío del espacio, el sistema del experimento Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS) ha llegado, por fin, a su temperatura base.
Y con este hito, la búsqueda directa de la materia oscura, uno de los grandes enigmas de la física contemporánea, entra en una nueva fase.
Qué ha logrado SuperCDMS y por qué es importante
El éxito, anunciado por un equipo internacional formado por veinticuatro instituciones y liderado por físicos del SLAC National Accelerator Laboratory, del Departamento de Energía de Estados Unidos, marca la transición entre el montaje de la infraestructura y el inicio de la ciencia propiamente dicha.
En dicho punto crítico, apenas unas milésimas de grado por encima del cero absoluto (-273,15 ºC), el movimiento térmico de los átomos prácticamente desaparece. Es justo ahí donde los detectores superconductores del experimento pueden funcionar realmente tal y como fueron diseñados.
«Alcanzar la temperatura base es un hito clave tras años de trabajo para construir una instalación con un nivel de interferencias extremadamente bajo, capaz de albergar nuestros detectores criogénicos de alta sensibilidad —explica Priscilla Cushman, profesora de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota y portavoz del SuperCDMS. Y añade—: A estas temperaturas tan extremas, los detectores pueden empezar a explorar una región completamente nueva donde podrían encontrarse las partículas de materia oscura más ligera».
Qué es la materia oscura y por qué es clave para entender el universo
La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de toda la materia del cosmos, pero su naturaleza sigue siendo esquiva. No emite ni absorbe luz, y su presencia solo se infiere por sus efectos gravitatorios a gran escala, desde la rotación de las galaxias hasta la estructura del cosmos. Se supone que dicha materia está constituida por partículas masivas que interaccionan de forma débil con la materia normal, unas partículas que reciben el nombre de WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles).
Sin embargo, los físicos sospechan que esas partículas invisibles atraviesan constantemente la Tierra —y nuestros propios cuerpos (se calcula que entre diez y cien mil WIMPS chocan con un átomo del cuerpo humano cada año )— sin dejar rastro detectable.
🗣️ «Sabemos por observaciones astrofísicas que la Vía Láctea se encuentra dentro de un halo de materia oscura —señala en un comunicado de la Universidad de Minnesota Kelly Stifter, investigadora en el SLAC y miembro de la colaboración. Y continúa—: La materia oscura nos atraviesa todo el tiempo. Nuestro desafío es construir un detector lo suficientemente silencioso y sensible como para notar cuándo una de esas partículas interactúa».
El equipo de SuperCDMS instaló una cubierta protectora mientras la cámara de vacío externa SNOBOX permanecía expuesta dentro del blindaje; este sistema es clave para mantener el entorno ultrafrío necesario para los detectores superconductores y quedará completamente sellado para aislar la radiación ambiental. Cortesía: SLAC
Cómo funciona el experimento: frío extremo y silencio absoluto
El silencio, en este contexto, es literal: se trata de acallar el ruido térmico, el incesante movimiento de los átomos que puede enmascarar señales extremadamente débiles. De ahí la necesidad de enfriar el experimento hasta temperaturas de hasta 30 milikelvins, o sea, −273,12 °C.
«Los detectores simplemente no funcionan a menos que estén lo suficientemente fríos como para entrar en la transición superconductora — explica Richard Partridge, científico de SLAC responsable de la instalación—. Para nosotros, eso significa aproximadamente entre 15 y 30 milikelvins».
En ese estado, añade Partridge, «cuando todo está tan frío, los cristales están básicamente en silencio. Incluso depósitos de energía muy pequeños se vuelven detectables».
Por qué el experimento está bajo tierra: el papel del SNOLAB
El corazón del experimento está formado por detectores de silicio y germanio ultrapuros, cada uno del tamaño de un disco de hockey. Si una partícula de materia oscura golpea uno de estos cristales, generar una vibración diminuta —un fonón— y una pequeña señal eléctrica. Captar ese susurro exige una precisión extrema y un entorno casi perfecto.
Para lograrlo, el experimento se encuentra en el SNOLAB, un laboratorio subterráneo excavado a unos 2 kilómetros de profundidad, cerca de Sudbury, en Ontario. Esta ubicación protege los detectores del bombardeo constante de rayos cósmicos y otras partículas de fondo que podrían ahogar las señales buscadas.
Aun así, el equipo ha tenido que diseñar un blindaje de bajo fondo: una estructura cilíndrica de cuatro metros de altura y diámetro, compuesta por capas de plomo ultrapuro para detener la radiación gamma y polietileno de alta densidad para moderar neutrones generados en las paredes de la caverna.
Personal del SNOLAB traslada el refrigerador de dilución de SuperCDMS a lo largo de 1,2 kilómetros por las galerías de la mina canadiense hasta la entrada del laboratorio subterráneo. Cortesía: SLAC
El desafío técnico: enfriar hasta los milikelvins
El camino hasta alcanzar la temperatura base ha sido, en sí mismo, una proeza de ingeniería. “«La temperatura base es la temperatura que alcanza nuestro sistema criogénico bajo la carga térmica completa del experimento —explica Stifter—. Es el punto en el que los detectores pueden funcionar realmente como fueron diseñados».
Pero llegar hasta ahí dista mucho de ser un simple descenso progresivo. «Resulta más complicado que simplemente pulsar el botón de inicio y ver cómo baja la temperatura —advierte la investigadora—. Llevamos dos años preparando el experimento en previsión de este momento».
El enfriamiento se realiza en múltiples etapas: desde temperatura ambiente hasta 50 kelvins, luego a 4 kelvins, después a 1 kelvin y finalmente al rango de los milikelvins. Incluso los cables de lectura cuentan con un sistema de refrigeración independiente para evitar que introduzcan calor o ruido en los detectores.
«Ha habido innumerables comprobaciones: mecánicas, térmicas, de integridad del vacío —dice Noah Kurinsky, científico de SLAC que participó en el diseño de los detectores. Y añade—: Para un sistema único en su tipo, todo ha ido notablemente bien».
Qué ocurrirá ahora: fase de calibración y primeros datos
Gran parte de ese trabajo ha recaído en investigadores jóvenes —posdoctorales y estudiantes de doctorado— que han viajado repetidamente a SNOLAB para ensamblar, verificar y ajustar cada componente.
En paralelo, otros equipos han desarrollado algoritmos avanzados de reconstrucción y técnicas de análisis destinadas a extraer con rapidez posibles señales de materia oscura de los datos que comenzarán a fluir en los próximos meses. Entre ellos, destaca el grupo de la Universidad de Minnesota, liderado en el análisis por el profesor Yan Liu.
El logro técnico abre ahora la puerta a una nueva fase: la puesta en marcha y calibración de los detectores, un proceso que se prolongará durante varios meses. «Tenemos veinticuatro detectores, cada uno con múltiples canales de lectura —detalla Stifter—. La puesta en marcha consiste en asegurarse de que tantos como sea posible se comporten como esperamos».
Detectores iZIP del SuperCDMS fabricados en la Stanford Nanofabrication Facility. Se trata de componentes clave del experimento subterráneo diseñado para detectar materia oscura con alta sensibilidad. Cortesía: SLAC
Qué puede descubrir SuperCDMS: materia oscura ligera y nueva física
Si todo progresa según lo previsto, el experimento iniciará su primera campaña científica en breve, con una duración estimada de un año. Y las expectativas son altas.
«Esperamos una sensibilidad líder mundial entre aproximadamente la mitad de la masa de un protón y cinco veces la masa del protón —afirma Stifter—. Es una región que no muchas búsquedas han explorado realmente antes».
Ese rango de masas corresponde a lo que los físicos denominan materia oscura ligera, un territorio prácticamente inexplorado. Hasta ahora, muchos experimentos se han centrado en partículas más pesadas, pero si la materia oscura es más ligera, sus interacciones con la materia ordinaria serían aún más sutiles y difíciles de detectar.
La apuesta de SuperCDMS es precisamente abrir esa ventana. Y no solo eso. Su sensibilidad sin precedentes permitirá también estudiar isótopos raros, explorar escalas de energía nunca antes medidas y quizá descubrir nuevas formas de interacción de partículas.
«Con muchos más sensores por detector que en el experimento anterior SuperCDMS Soudan, junto con nuevas herramientas de simulación y reconstrucción habilitada por inteligencia artificial, los datos serán mucho más ricos de lo que planeamos originalmente —explica Kurinsky—. Cada día será nuevo; esto es ciencia nueva desde el primer día».
En un campo donde los avances suelen ser incrementales y los resultados pueden tardar años en materializarse, alcanzar la temperatura base no es todavía el descubrimiento de la materia oscura. Pero sí es el paso imprescindible para intentarlo en condiciones inéditas. En ese silencio casi absoluto, donde la materia apenas vibra, los científicos esperan escuchar, por fin, el tenue eco de aquello que compone la mayor parte del universo y, sin embargo, sigue siendo invisible.▪️(18-marzo-2026)
Información facilitada por el SLAC
