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¿Se han detectado WIMPs?

Recientemente se ha comentado mucho sobre la posible detección de partículas WIMPs en el experimento CDMS.

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Uno de los cristales de germanio empleados en el detector CDMS. Foto: Fermilab. Ampliar foto. [1]

Durante estas dos últimas semanas de diciembre hemos asistido a bastante rumorología y excitación respecto a la posible detección de partículas débilmente interactuantes, más conocidas como WIMPs en sus siglas en inglés. Como todos ya sabemos, las WIMPs son unos posibles candidatos a constituir la materia oscura de Universo, esa materia que parece ejercer fuerza gravitaría, pero que es poco más o que menos que invisible. Hasta ahora, debido a su propia naturaleza, no se habían detectado.
De hecho, todavía no se puede decir que se hayan detectado, pese a las ganas de hacerlo por parte de ciertas comunidades dentro de la Física actual. Se llegó hasta tal punto que incluso se hizo una retransmisión en Internet de una charla en la que se expusieron los resultados antes de que éstos fueran incluso publicados en el repositorio arXiv. Al parecer hubo un problema informático con el fichero pdf enviado al sistema y el mecanismo de publicación automático no funcionó. Afortunadamente ya hay disponibles copias del artículo original colgadas en Internet.
Los resultados provienen del experimento Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), que se encuentra a 747 metros de profundidad en la mina Soudan de Minnesota (EEUU). En este experimento colaboran unos 80 investigadores y con él tratan de detectar posibles WIMPs desde 2003.
Ya hablamos en el pasado sobre este experimento en NeoFronteras, su detector consiste básicamente en un apilamiento de monocristales ultrapuros de germanio enfriados cerca del cero absoluto de temperatura. En teoría una partícula WIMP, que sería muy pesada en términos relativos pero poco dada a interaccionar con las demás, podría chocar con un núcleo de germanio, transmitiéndole una pequeña energía que se propagaría como un fonón (vibración de la red cristalina y también equivalente a cuantos de calor) a través del cristal, que resonaría como una campana. Sensores al borde del mismo detectarían dichas vibraciones y los datos recogidos servirían para caracterizar las WIMPS. El dispositivo se encuentra a sólo 40 milikelvins para eliminar cualquier otro movimiento en la red cristalina, y a gran profundidad bajo tierra (una mina de hierro abandonada) para evitar que las partículas de los rayos cósmicos y la radiactividad natural den falsos positivos. Hasta ahora los resultados parecían haber sido totalmente negativos.
¿De qué tipo de WIMPs estaríamos hablando? Según algunas teorías de Física de Altas Energías, en concreto aquellas que incorporan la supersimetría. Podría tratarse de compañeras supersimétricas de las partículas del modelo estándar, partículas con el spin cambiado de tal modo que los fermiones tendrían compañeras bosónicos y al revés. Serían mucho más pesadas que sus compañeras del modelo estándar y por esta razón no habrían sido aún creadas en los aceleradores.
Desde hace unos meses se viene discutiendo un posible positivo por parte de un grupo italiano acerca de la existencia de posibles WIMPs, por lo que el terreno ya estaba abonado en exceso para la especulación y la rumorología.
¿Qué es lo que han visto realmente? Al parecer se han registrado dos eventos que se considera puedan haber sido provocados por WIMPS. Cada evento se habría producido en 2007 y 2008 respectivamente, y serían compatibles con sendas partículas con una masa de unos 70 GeV o 100 GeV.
Sin embargo, los científicos no han podido eliminar la posibilidad de que las señales fueran producidas por partículas ordinarias. Desafortunadamente, las partículas ordinarias pueden colarse dentro del detector y crear un ruido de fondo que puede confundir los resultados, pese a todos los aislamientos y medidas tomadas. Una interacción típica que imitaría a un evento WIMP sería el choque de un neutrón con el núcleo atómico. También los rayos gamma dan posibles positivos. Mediante la comparación de la intensidad y ritmo temporal de las señales se puede, hasta cierto punto, discriminar los eventos.
Según los datos disponibles hasta ahora (de estos dos eventos), habría una probabilidad de un 77% de existencia de estas WIMPs. Por lo tanto, nadie debería afirmar que, hoy por hoy, haya pruebas seguras de la existencia de estas partículas.

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En estas dos gráficas la línea roja segmentada divide los eventos entre los que no pueden deberse a WIMPs (izquierda) y aquellos que sí lo pueden hacer (derecha) basándose en el tiempo relativo de las señales o debido a al ratio de intercambio de calor producidas por las mismas. La caja roja encierra eventos que cumplen ambas condiciones y que se corresponden con los dos famosos sucesos.

Aunque algo es mejor que nada, la estadística basada en una muestra de dos eventos es muy arriesgada, sobre todo cuando se está hablando de la existencia o no de una partícula. Muchos físicos se muestran muy cautos en este asunto. Alguno ya ha dicho que la probabilidad de observar cero eventos o ver dos es prácticamente la misma e igual de significativa, es decir, que sigue sin haber prueba segura alguna de la existencia de WIMPs.
Obviamente se necesitan más datos y eventos, sobre todo cuando lo que está en juego es la comprensión de una parte importante de la Física y un seguro premio Nobel. Se necesitarían cinco eventos de este tipo para poder decir, con cierta fiabilidad, que se han detectado WIMPs. Hay esperanzas de que cuando XENON100 en Gran Sasso (Italia), miniCLEAN en Ontario (Canada), SuperCDMS y otros experimentos similares empiecen a funcionar proporcionen muchos más eventos de este tipo y aporten, por tanto, pruebas más fiables sobre la existencia de estas partículas. El LHC podría también aportar pruebas al respecto cuando empiece a funcionar a energías más altas de las energías a las que esta trabajando ahora.
Quizás 2010 sea el año en el que por fin se descubran las WIMPs y la naturaleza de la materia oscura, aunque a finales de 2009 alguno ya tratase de marcar territorio orinando figuradamente por las esquinas.

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Fuentes y referencias:
Copia artículo original. [3]
Nota de prensa en el MIT. [4]
Noticia en Science. [5]
De momento ni rastro de WIMPS. [6]
Not even wrong. [7]
Vídeo con Blas Cabrera. [8]