NeoFronteras

Sin rastro de WIMPs

Área: Física — Miércoles, 27 de Abril de 2011

Los primeros 100 días del experimento XENON100 no muestran pruebas de la existencia de partículas débilmente interactuantes.

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Hace tiempo se propuso que la materia oscura podría estar compuesta por partículas débilmente interactuantes, o WIMPS, que podrían ponerse de manifiesto en experimentos muy sensibles aislados de la radiación ambiente. Desde entonces varios de estos experimentos se están realizando en diversos lugares del mundo para explorar distintas gamas de energías y técnicas. También se ha sugerido que el LHC podría producir alguna de estas partículas. La búsqueda de la naturaleza de la materia oscura es importante porque los datos astrofísicos observacionales sugieren que dicha materia debe existir. Además, la materia oscura juega un papel importante en los modelos cosmológicos, pues permiten el crecimiento de estructuras a gran escala en el Universo.
Durante el Big Bang se habrían creado muchas de esas partículas que gran masa que en total sumarían más materia que la materia ordinaria, pero que interaccionarían muy débilmente con ella. Sin embargo, su efecto gravitatorio sería importante. La Vía Láctea estaría dentro de una nube formada por esas partículas y la Tierra, en su curso por el espacio, la atravesaría.
Pero parece que últimamente los resultados ofrecidos por los aceleradores y detectores de partículas de materia oscura son más bien negativos. El último caso ha sido la publicación de los resultados del experimento XENON100. Este experimento está financiado por varias instituciones internacionales y está situado en el laboratorio Gran Saso, que está en el interior de una montaña a 100 km al oeste de Roma.
El XENON100 contiene 62 kg de xenón líquido como blanco para las supuestas WIMPs, partículas que se supone tienen que estar bombardeando la Tierra constantemente. Al estar en el interior de una montaña se evita el ruido introducido por los rayos cósmicos y otras fuentes de errores. Los 1,4 km rocas que están por encima y las estructuras de 40 toneladas de plomo, cobre y agua que se han construido a su alrededor apantallan el sistema frente a estas fuentes de ruido, pero dejarían pasar las WIMPs.

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Cuando una partícula atraviesa el xenón líquido se produce un destello de luz que puede ser detectado. Una colisión entre un átomo de xenón y una partícula puede desligar un electrón de su átomo y cuando el átomo vuelve a adquirir un electrón entonces se emite luz.
Además de las supuestas WIMPs otro tipo de partículas procedentes de los rayos cósmicos o de la radiación natural pueden producir señales, aunque si éstas no son muy abundantes pueden ser discernidas de las que se quieren observar, es decir de las producidas por las WIMPs. Pero aunque la energía de las WIMPs sea alta, sólo unas pocas entre muchas producirían señal. Algunos expertos del campo están preocupados porque el ruido de fondo, en comparación con las supuestas señales de WIMPs, es más importante de lo que en un principio se pensó.
Aunque en este caso se han encontrado tres candidatos a eventos de este tipo, no tienen relevancia estadística y dos de ellos podrían estar causados por la radiación de fondo. Los datos publicados se basan en los 100 primeros días de observaciones y permiten calcular cotas y limitaciones a la física de las supuestas WIMPs. Estos datos limitan, por ejemplo, la posible existencia de partículas supersimétricas ya que las más ligeras de estas partículas podrían actuar como WIMPs.
Estos resultados arrojan dudas sobre los dos casos de detección de WIMPs que supuestamente registró el experimento CDMS II, situado en la mina Soudan (Minnesota) y que usa cristales de germanio enfriados hasta casi al cero absoluto. También parecen contradecir los supuestos positivos de CoGeNT y DAMA, en Soudan y Gran Sasso respectivamente.
Aunque no se han encontrado WIMPs, los resultados y técnica empleada permiten diseñar un sistema más ambicioso que utilice una tonelada de xenón. Este otro experimento sería mucho más sensible y permitiría detectar WIMPs si es que existen. Entre las mejoras que se podrán introducir en el nuevo XENON1T estaría el uso de fotodetectores de cuarzo que no emiten radiación propia. El nuevo sistema sería 100 veces más sensible que XENON100.
Mientras tanto, a final de este año, entrará en funcionamiento el detector LUX (Large Underground Xenon) que utilizará 350 kg de xenón. Estará ubicado en el laboratorio subterráneo Sanford en Dakota del Sur.
Cuanto antes empiecen a funcionar estos experimentos mejor, de este modo despajarán dudas sobre la existencia o no de estas partículas.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.

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