NeoFronteras

Hacen públicos los resultados de la última campaña de observación de la colaboración LUX sobre partículas de materia oscura.

Desde hace unos 30 años se está persiguiendo detectar directamente las partículas que componen la materia oscura. Para ello se diseñan detectores e instrumentos muy precisos que se instalan en minas profundas o en túneles bajo las montañas. Con ello se trata de evitar las falsas señales que los rayos cósmicos introducirían en los sensores. Hasta ahora no se han encontrado estas partículas.

El detector LUX (Large Underground Xenon) está funcionando en una mina a más de mil metros de profundidad en las Black Hills (Dakota del Sur, EEUU). Ha estado buscando estas esquivas partículas desde hace años. Hoy, 21 de julio de 2016, unos representantes de esta colaboración internacional han hecho públicos en Sheffield (RU) los resultados de la última campaña (2014-2016) de observación.

Este experimento, que comenzó su andadura en 2012, consiste en una gran cantidad de gas xenon líquido (370 kilos) rodeado de sensores. Si una partícula interaccionase con uno de estos átomos (algo que se supone improbable, pero no imposible) entonces se emitiría una señal luminosa que sería captada por los sensores. Todo el sistema está rodeado de miles de litros agua purificada que hace de pantalla frente a la radiaciones. La sensibilidad de LUX ha excedido todas las expectativas. Es ahora ya cuatro veces más sensible que el proyecto original.

El lugar en la que está instalado este experimento es una antigua mina de oro que se reabrió en 2007 para labores científicas gracias a la financiación de 40 millones de dólares aportadas por el gobierno del estado de Dakota del Sur y a los 70 millones donados por el filántropo T. Denny Sanford. El Departamento de Energía de los EEUU paga las operaciones que se realizan. En LUX participan distintas instituciones de EEUU, RU y Portugal.

El experimento está diseñado para encontrar WIMPs o partículas débilmente interaccionantes. Se cree que la materia oscura constituye más del 80% de la masa del Universo, pero no sabemos a ciencia cierta en qué consiste. Si esta teoría es cierta, miles de millones de estas partículas deben de atravesar la mano del lector cada segundo. Sólo una pequeñísimamente parte de todas ellas interaccionan con la materia ordinaria, por eso son tan difíciles de detectar.

En los 20 meses de la última campaña de observación con este instrumento se han analizado medio millón de gigabytes de datos a través del sistema computacional de 1000 nodos que suman el centro de computación de la Universidad de Brown y el de Lawrence Berkeley National Laboratory.

El principal problema es distinguir entre las señales verdaderas y las falsas generadas por otro tipo de partículas, como las producidas por la radiación ambiente o por los rayos cósmicos, ya que el total aislamiento es imposible. La calibración se realiza gracias a un haz de neutrones que se hace incidir sobre el detector.

La precisión alcanzada permite deducir, según los modelos, que se pueden registrar unos pocos eventos de interacción de partículas WIMP por siglo y kilogramo de xenon.

Los resultados de estos 20 meses han resultado ser negativos. ¡Otra vez! No se ha detectado ninguna WIMP. Esto significa, como mínimo, que estas partículas, si existen, interaccionan menos de lo que se creía con la materia ordinaria.

Está previsto sustituir este experimento por el LUX-ZEPLIN (LZ), que tendrá un diseño similar, pero que albergará 10 toneladas de xenon en su interior. Se instalará en el mismo tanque de agua que ahora contiene a LUX. Este nuevo experimento será 70 veces más sensible que LUX y se espera que empiece a funcionar en 2020.

Las WIMPs empiezan a descartarse de gran parte del espacio de parámetros. Pero, según Richard Gaitskell (Brown University), hay todavía mucho por explorar. Según él, la sensibilidad de este tipo de experimento crece exponencialmente a mayor ritmo que la ley de Moore de los microchips. “Para evitar que todo el mundo muera de aburrimiento y se quede sin dinero, tienes que los más rápido que puedas”, añade. Estima que en una década se conseguirá detectar a las WIMPs o serán descartadas.

Si al final las WIPMs siguen sin aparecer entonces los físicos tendrán que buscar otras alternativas.

Había esperanzas en que las MOND podrían explicar el efecto gravitacional observado sin necesidad de partículas extras. Estas MOND son modificaciones (la mar de feas, todo sea dicho) a la teoría de newtoniana de gravedad que usamos normalmente. Pero las observaciones, incluso las más recientes, descartan esta posibilidad.

Puede que, simplemente, la materia oscura no esté compuesta por WIMPs. Pero, si no son WIMPs, ¿qué constituye la materia oscura? Podrían ser quizás axiones u otro tipo de partícula desconocida. ¿Y si se trata de partículas nunca interaccionantes?, ¿sería esto una teoría falsable?

Hay un detergente llamado axion y un jabón llamado Lux. Quizás necesitemos lavar mejor nuestras ideas con otros tipos de productos más nuevos.

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Fuentes y referencias:
Web de LUX Dark Matter Collaboration.
Informe de LUX Dark Matter Collaboration.
Foto: Matt Kapust/Sanford Underground Research Facility.