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» » » Arrojando una luz sobre el misterio de la materia oscura

En última semana [1], los físicos han anunciado algunas evidencias de que las partículas de materia oscura —esa materia invisible e hipotética, que se cree representa más del 80% de la masa del Universo—, puede tener una masa menor de lo que sospechaba. Los resultados, publicados en el servidor arXiv, coinciden con los resultados de algunos experimentos, sin embargo, otros lo contradicen.


¿Cuáles son estos hallazgos?

Los investigadores, incluyendo a Godehard Angholer del Instituto Max Planck de Física de Munich, Alemania, se centraron en las así llamadas partículas WIMP (partículas masivas de interacción débil). El equipo analizó los datos del experimento CRESST II, con sede en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso muy por debajo de los Apeninos italianos. De las 67 señales similares a WIMP que identificaron los investigadores, 27 de ellas no podía descartarse como eventos de fondo. Y si esas señales resultan ser las WIMP, entonces las partículas tendrían una masa aproximada entre 10 mil millones a 50 mil millones de electronvoltios (de 9 a 53 veces la masa de un protón).

¿Cómo se comparan estos resultados con otras posibles detecciones de materia oscura?

Leo Stodoksky, que trabaja en CRESST II, ​​señala que, aunque no cumplen con los criterios de prueba de la física de partículas, son "interesantes, pero no definitivos", porque los científicos no pueden estar seguros de si han identificado y contabilizado debidamente todos los eventos de fondo que imitan una señal WIMP. Otros experimentos con diferentes detectores, como DAMA o LIBRA, también en el Gran Sasso, y en CoGeNT, localizado en el Soudan Underground Laboratory en Minnesota, han detectado señales parecidas a WIMP en un rango de masa similar [2]. Sin embargo, todos estos hallazgos resultan extraños respecto a otros dos experimentos, el XENON100, en el laboratorio italiano, y CDMS II, en Sudán, que no han encontrado evidencias estadísticamente satisfactorias de las WIMP con un rango de masa similar [3].

Entonces, ¿hay algún consenso sobre la naturaleza de la materia oscura?

Obviamente, dice el teórico Neal Weiner de la Universidad de Nueva York en Nueva York, alguien está equivocado. Pero no está claro, añade, si algún experimento, o quizá todos, están mal, o las WIMP son más complejas que unas teóricas partículas, relativamente simples, como se había supuesto. Las partículas de materia oscura podría interactuar de manera distinta con los protones que con los neutrones, o puede que salten de estados de baja energía interna a estados superiores, igual que los electrones saltan desde niveles bajos de energía a los más altos dentro de un átomo. Estas propiedades podrían explicar las aparentes discrepancias entre experimentos, aunque podría contradecir la popular teoría de la física de partículas llamada supersimetría, que postula que cada partícula elemental conocida tiene su contrapartida más pesada. La versión más simple de la supersimetría no incluye las WIMP con tales propiedades, es decir, con dos posibles estados de energía interna. Independientemente de las propiedades detalladas de las WIMP, "me estoy tomando esta luz sobre las WIMP muy en serio en este momento", dadas las crecientes evidencias de los experimentos CRESST y de otros, afirma el teórico Dan Hooper, del Fermi National Accelerator Laboratory en Batavia, Illinois. "Voy hacia donde me llevan las evidencias".

¿Por qué los físicos piensan que es poco probable que las WIMP tengan poca masa?

Los teóricos pensaban que, debido a que las partículas de poca masa son más fáciles de crear en los aceleradores de partículas, las impresiones de las WIMP de poca masa tendrían ya que haber sido vistas en máquinas tales como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el laboratorio de física de partículas cerca de Ginebra, Suiza. Pero, frente a los últimos resultados, los científicos se van dando cuenta que las WIMP pueden tener poca masa después de todo, pero seguir siendo difíciles de detectar. La suposición de que las WIMP deben tener una gran masa "era una especie de moda, sin justificación concreta", señala Stodolsky.

Después de más de dos décadas de intentos de captura, ¿por qué sigue siendo tan difícil encontrar la materia oscura?

A pesar de tener una masa similar a la de los núcleos más pesados, como los átomos de hierro, partículas de materia oscura interactúan tan débilmente con la materia común que a menudo atraviesan toda la Tierra, incluso la Vía Láctea, sin dejar rastro. De esta forma, los detectores necesitan una gran superficie y muchos kilogramos de masa para capturar un WIMP. Los experimentos deben estar bajo tierra para protegerse de otras fuentes, como los rayos cósmicos, que pueden producir una cacofonía de señales de fondo. Los experimentos también necesitan una mayor protección ante la desintegración radiactiva de las paredes de los laboratorios subterráneos y del equipo experimental en sí mismo.

Pero, si no podemos verla y nadie la ha detectado definitivamente, ¿por qué la mayoría de los científicos creen que la materia oscura debe existir?

La cantidad de materia ordinaria del Universo no proporciona el suficiente tirón gravitacional para mantener a las galaxias en rotación sin que se separen. La materia oscura, también se cree que han sido importante al principio del desarrollo del Universo, ya que ha proveído de la atracción gravitatoria necesaria para acumular la materia en aglomeraciones, que más tarde se convertirían en galaxias. Además, la abundancia de WIMP en el universo actual, según los cálculos de los físicos de partículas, coincide más o menos con la cantidad de materia oscura que explica su estructura actual. Este coincidencia es conocida como el "milagro WIMP".

¿Y qué va a ser lo siguiente?

Los resultados de XENON100 se esperan para finales de este año, y los datos adicionales de CRESST II deberían reducir aún más los errores creados por las fuentes que imitan las WIMP. Si CRESST II continúa, será capaz de buscar la variación estacional del número de WIMP que se choca contra sus detectores. Esta variación (más WIMP en verano que en invierno) ha quedado demostrada en los experimentos de DAMA y LIBRA durante años [4], y en CoGeNT a principios de este año [5]. Si se confirma, estas variaciones serán consistentes con las predicciones de una nube de partículas de materia oscura que permanece estacionaria conforme rota la Galaxia. La confirmación de una nube de WIMP en la Vía Láctea colocaría la búsqueda de partículas de materia oscura en una posición más segura.


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Editor del blog Pedro Donaire

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