NeoFronteras

Proponen la construcción de un detector de partículas de materia oscura basado en hebras de ADN.

Uno de los retos de la Física Moderna Experimental es la detección de partículas de materia oscura. Se supone que la materia oscura que constituye el 80% de la masa del Universo está compuesta por partículas que casi no interacciona con el resto de las partículas, excepto gravitacionalmente. Por esta razon no podemos ver dicha materia (no interacciona con los fotones que componen la luz) pero su masa se siente en la rotación de las galaxias o tiene efecto en las lentes gravitatorias. Pero que casi no interactúen no significa que no lo hagan en absoluto. Por eso estas partículas son denominadas “partículas débilmente interactúantes” o WIMPs en sus siglas en inglés. La esperanza es que de ven cuando estas partículas interactúen con la materia ordinaria en detectores creados al efecto y consigamos detectarlas. Si tales partículas no interaccionan en absoluto entonces nunca las podremos detectar directamente.
Hay modelos que tratan de explicar la distribución de materia oscura en nuestra galaxia. Según estos modelos los detectores registrarían un patrón diario y anual en el registro de estas partículas según la Tierra rota y orbita alrededor del Sol, así que recibimos más o menos partículas de este tipo según éstas parecen provenir de la constelación de Cygnus.
Desde hace décadas se viene investigando en este asunto sin mucho éxito, aunque en algún detector reciente se ha conseguido ver algo parecido a un patrón anual. El problema es que los eventos son tan escasos que es difícil afirmar algo con la suficiente significación estadística. Lo ideal sería tener un sistema de detección que registrara eventos diariamente para así poner de relieve tanto el patrón diario como el anual. Si el detector fuera direccional sería además fabuloso. Pero no se ha construido hasta el momento este tipo de detectores.
Ahora Katherine Freese y George Church, de las universidad de Michigan y Cambridge respectivamente, y sus colaboradores proponen un detector direccional de materia oscura basado en oro y ADN.
El sistema consistiría en láminas de oro sobre las que se depositarían hebras colgantes de ADN que formarían una especie de “bosque” al revés. Las hebras serían todas iguales salvo por una etiqueta especifica (una secuencia de ADN especial) que denotaría su ubicación sobre la lámina. Debajo del bosque habría una bandeja que recolectaría las hebras que cayesen. El detector consistiría en cientos o miles de estas unidades separadas por láminas de mylar. En total se necesitaría un kilogramo de oro y 100 gramos de ADN para construirlo.
Cuando una partícula tipo WIMP interaccionase con un núcleo de oro y este cruzase el bosque de hebras de ADN se irían desprendiendo algunas a su paso (ver imagen). Finalmente el núcleo de oro sería absorbido por la lámina de mylar. Estas hebras caerían sobre la bandeja y cada hora se recolectarían las hebras caídas y éstas serían multiplicadas gracias a la típica reacción en cadena de la polimerasa. El análisis de estas hebras (recordemos que estarían etiquetadas con secuencias específicas según su ubicación) permitiría reconstruir la trayectoria que tenía el núcleo de oro y, por tanto, la de la WIMP original. El registro sería distinto en el caso de ser un rayo cósmico corriente o una partícula de radiactividad natural, que al ser más energéticos atravesarían varías láminas.
La resolución espacial sería del orden del nanometro, es decir, varios órdenes de magnitud mejor que en la actualidad. Además operaría a temperatura ambiente, a diferencia de algunos de los detectores actuales que sólo funcionan con sistemas criogénicos.
Naturalmente habría que desarrollar toda la tecnología necesaria y estudiar cómo se comportarían estas hebras de ADN bajo la acción de núcleos de oro en movimiento antes de ponerse manos a la obra. El equipo de investigadores planea ya estudios previos. No saben por ejemplo la longitud adecuada de las hebras. Lo ideal serían hebras de ADN de 10.000 bases cada una, pero las comerciales tienen unas 250 bases. Quizás hebras de 1000 bases sean lo suficientemente largas. Las hebras tendrían además que colgar rectas y no curvarse, pero pueden curvarse en presencia de campos electromagnetismos, así que se tendría que desarrollar algún sistema para peinarlas. El peine quizás podría estar basado en un campo magnético que atraiga una partícula magnética pegada al final de cada hebra. Otro problema que habría que solventar sería la eventual presencia de carbono-14 radiactivo en el ADN, que introduciría ruido en el registro al desintegrarse.
El tiempo dirá si consiguen construir el detector y si éste finalmente funciona y detecta WIMPs, de ser así sería un experimento precioso que aunaría Física y Biología al mismo tiempo.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.