NeoFronteras

Proponen las partículas espejo como mejor explicación a la materia oscura y los recientes resultados sobre su supuesta detección directa.

Mina Soudan, donde se realiza el experimento CoGeNT. Fuente: J. Davis/Wikimedia.

Todo lo que rodea la materia oscura es cada día más confuso. La última especulación al respecto habla de la materia espejo. Según una teoría las partículas del modelo estándar tendrían una familia de partículas casi idénticas a ellas con las cuales no podrían interaccionar. Esto doblaría el número de tipos de partículas, habiendo partículas “a derechas” y “a izquierdas”. Lo más interesante de las partículas espejo es que interaccionarían entre ellas de la misma manera que lo hacen las partículas de materia ordinaria entre sí, de este modo formaría átomos espejo, moléculas espejo, planetas espejo, estrellas espejo y galaxias espejo. Aunque la materia espejo produciría luz, nosotros no la veríamos al estar hechos de materia ordinaria “a izquierdas”.
Pues bien, un investigador propone que las partículas espejo son la mejor explicación a las supuestas pruebas experimentales de la detección directa de materia oscura obtenidas recientemente.
Desde hace ya décadas se trata de detectar en experimentos de laboratorio la presencia de partículas que interactúen débilmente con la materia ordinaria, para así poder explicar la aparente presencia de una materia que dé cuenta de una masa que según todos los indicios astronómicos provoca atracción gravitaría en diversas estructuras del Universo. Hay unos 30 experimentos en marcha para detectar estas partículas y hasta ahora, pese a todos los esfuerzos, ninguno había proporcionado pruebas claras de la existencia de partículas de materia oscura.
Un grupo italiano decía hace poco, sin embargo, que había registrado algo. Han dedicado diez años a un experimento denominado DAMA/LIBRA que está basado en la observación de un bloque de ioduro sódico de cientos de kilos de peso. Se cree que una partícula de materia oscura que interaccione con este bloque debe de generar un fotón. Según la Tierra se mueve alrededor del Sol se deberían de ver más fotones cuando nos acercamos al “mar de materia oscura” que cuando nos alejamos de él. Esto es precisamente lo que este grupo de investigadores italiano dice haber visto.
Lo malo es que casi nadie cree al grupo italiano, principalmente porque otros experimentos similares no habían visto este efecto estacional ni nada parecido. Achacaban los resultados a una variación estacional y local de la temperatura.
Hace un mes todo cambió por culpa del experimento norteamericano CoGent, basado en cristales de germanio y encaminado a la detección de partículas ligeras de materia oscura. Según estos otros investigadores, en este experimento se están registrando abundantes colisiones de materia oscura.
Lo interesante es que ambos experimentos están pensados para la detección de partículas ligeras, en lugar de para la detección de partículas pesadas, como el resto de los experimentos, siendo el resultado un tanto inesperado.
Ahora es el turno de los teóricos que deben reconciliar estos dos nuevos resultados experimentales entre sí y con los modelos de materia oscura.
El mes pasado Liam Fitzpatrick, de la Universidad de Boston, y sus colaboradores sugirieron que las partículas ligeras débilmente interaccionantes podrían explicar ambos resultados. Pero hace unos días Robert Foot de la Universidad de Melbourne propuso una solución más exótica. Según él la materia espejo podría explicar mejor ambos resultados. Según el modelo de Fot, en este tipo de experimentos las partículas espejo interaccionarían con una partícula ordinaria a través de un proceso denominado mezcla cinética fotón fotón-espejo.
Foot es uno de líderes teóricos que proponen la existencia de estas partículas espejo. Según él un plasma de partículas espejos sería el ingrediente predominante en los halos galácticos, donde, según las observaciones astronómicas, parece encontrarse la materia oscura.
Si la hipótesis de la materia espejo es cierta quizás podría ser detectada, con dificultad, por los astrofísicos. Si se agrega en forma de estrellas y similares, los objetos resultantes deben producir fenómenos de microlente gravitatoria, aunque éstos serían casi indistinguibles de los producidos por la materia ordinaria.
La inspiración para esta hipótesis de las partículas espejo vino de un experimento realizado en 1956, que mostró que las leyes de la Naturaleza no son simétricas respecto a la paridad. Concretamente se vio que las partículas que interaccionan bajo la fuerza nuclear débil exhibían un comportamiento preferentemente “a izquierdas”. Como la rotación y la translación son simétricas, los físicos se preguntaron por qué la Naturaleza no tiene una simetría en este caso, por lo que habría que explicar la causa o proponer la existencia de otras partículas con la preferencia contraria y así restaurar la simetría del Universo en este aspecto.
Estas ideas pueden sonar muy bien, ¿verdad? Sin embargo últimamente se ha puesto todavía más en entre dicho la supuesta detección de materia oscura en este tipo de experimentos, sobre todo los datos de DAMA.
El experimento Xenon 100 se encuentra en el mismo laboratorio bajo tierra que DAMA, pero es bastante más sensible. En lugar de usar ioduro de sodio usa xenon. Pese a que lleva ya funcionando unos meses no ha logrado detectar señales de materia oscura.
El xenon es el gas no radiactivo más pesado de la tabla periódica. En su forma licuada es 3 veces más denso que el agua, conteniendo muchos átomos por litro. Esto aumenta las posibilidades de que una partícula de materia oscura colisionen con uno de estos átomos, evento que produciría un destello de luz que se podría detectar. El análisis de los datos tomados a finales del año pasado lleva a la conclusión de que lo único que se ha registrado es ruido producido por la radiación de fondo y no partículas de materia oscura.
De acuerdo a su mayor sensibilidad Xenon 100 debería de detectar muchas más partículas oscuras que DAMA o CDMS-II.
El equipo de CDMS-II también informó hace poco del registro de dos eventos atribuidos a la interacción con materia oscura.
Si la señal original de DAMA se debiera a partículas de materia oscura Xenon 100 debería de ver docenas, a no ser que las propiedades de estas partículas fueran aún más exóticas de lo que imaginamos. Los resultados son, en definitiva, difíciles de reconciliar.
Si lo detectado por CDMS-II fuera materia oscura entonces los resultados de Xenon 100 sugieren que si existen las partículas oscuras deben tener, como mínimo, 80 veces la masa del protón, pues el CDMS-II es más sensible a partículas pesadas.
Xenon 100 comenzó a tomar nuevos datos en enero, pero aún no han sido analizados. Esperemos que los nuevos resultados aclaren la situación, aunque sólo sea para decir que lo único que se detecta es radiación ambiente.
En todo caso, por suerte o por desgracia, no se ha dicho la última palabra sobre este asunto.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.
Artículo en ArXiv.
Noticia en Newscientist.
Nota de prensa.
First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment.
Comments on «First Dark Matter Results from the XENON100 Experiment».
¿Se han detectado WIMPs?
En busca de la materia oscura.
De momento ni rastro de WIMPS.