Los resultados contradictorios en los experimentos de búsqueda de materia oscura pueden ser explicados si la escurridiza sustancia estuviera hecha de dos tipos de partículas, tal y como proponen unos físicos en los EE.UU.
La nueva teoría podría aclarar un misterio que salió a la luz en 2008, cuando PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics, o Carga para exploración de materia/antimateria y Astrofísica de núcleos ligeros) mostró una de las mayores evidencias para la detección de la materia oscura, una sustancia que se piensa podría constituir el 80% del material del universo. PAMELA percibió un pico entre la abundancia de los antielectrones cósmicos, también conocidos como positrones, que se piensa que son generados al desintegrarse las partículas de antimateria. Pero no está la correspondiente señal de antiprotones, que deberían ser generarse durante la desintegración.
Y ése no es el único problema. Si la señal de PAMELA fuera la evidencia de la desintegración, la materia oscura implicada sería de un tipo nunca mostrado en los experimentos de detección directa, como el CDMS-II (Cryogenic Dark Matter Search o Búsqueda Criogénica de Materia Oscura), situado en una mina de Minnesota, en los EE.UU. Pero en los últimos años, CDMS-II y otros experimentos de detección directa han hallado sus propias trazas de materia oscura.
Rondando el “sector oculto”
Daniel Feldman, de la Universidad de Michigan, y colegas de otras instituciones de los EE.UU. creen haber encontrado ahora un modo de conciliar estas señales contradictorias. Dicen que la materia oscura podría estar compuesta de dos tipos de partículas: una partícula convencional, mostrada en los experimentos de detección directa, y una partícula del “sector oculto” (todavía no observada), que explicaría la señal de PAMELA. “Creo que tenemos el primer modelo con el que podemos explicar todos los datos disponibles de materia oscura”, comenta Pran Nath, uno de los colaboradores de Feldman de la Universidad Northeastern de Boston.
Se piensa que la materia oscura podría interactuar únicamente con de la gravedad y las fuerzas del modelo electrodébil, así que unas de las candidatas con más posiblidades son las llamadas partículas masivas de interacción débil o WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, wimp es alfeñique en inglés). Pero en los últimos años, algunos investigadores han empezado a mirar más allá de la hipótesis WIMP para elaborar otras más complejas, como respuesta a los experimentos de resultados contradictorios.
Así pues, si dos WIMP reaccionan y se destruyen entre sí, deberían producir dos bosones, que se acaban descomponiendo o bien en electrones y positrones, o bien en protones y antiprotones. PAMELA, en su órbita en la Tierra, sólo ha sido testigo de uno de los posibles resultados, la obtención de un electrón y un positrón. Esto sugiere que, o la señal es defectuosa, o hay algo que no es del todo cierto en la teoría.
Evidencias tentadoras
Un motivo para pensar que en esa teoría debe faltar algo viene de los datos de los experimentos de detección directa, que normalmente buscan la reacción de los átomos cuando los WIMP colisionan con ellos. Durante años, el proyecto DAMA de Italia ha reivindicado tal evidencia y, recientemente, los proyectos CDMS-II y CoGeNT han sacado a colación sus propias y tentadoras evidencias. Pero estas señales no coinciden con la señal WIMP registrada por PAMELA; de hecho, si la señal de PAMELA es real, de acuerdo con la hipótesis WIMP canónica, no debería haber ningún resultado en los experimentos de detección directa.
La teoría de Feldman, Nath y sus compañeros explica por qué tanto PAMELA como los experimentos de detección directa encuentran trazas de materia oscura. Proponen que ésta esté compuesta de dos tipos muy diferentes de partículas. Una de ellas sería un WIMP convencional, un neutralino, predicho en la extensión supersimétrica del modelo estándar de la física de partículas. El neutralino es una partícula de Majorana (de Ettore Majorana, un físico), lo que implica que tenga su propia antipartícula. Esta partícula produce muy poca antimateria al desintegrarse pero produciría reacciones con núcleos en experimentos de detección directa.
Las otras partículas serían WIMP poco comunes del sector oculto. El sector oculto añade partículas y fuerzas a las que hoy ya existen en el modelo estándar de la física de partículas. El grupo de los EE.UU. piensa que que una partícula de Dirac todavía no observada (con su antipartícula) sería capaz de descomponerse en positrones tras la desintegración, pero no en antiprotones, quedando así explicada la señal de PAMELA.
Poder probarlo es una ventaja
Joe Silk, un cosmólogo de la Universidad de Oxford en Gran Bretaña, cree que el estudio es uno de tantos que han intentado explicar la incoherencia de las señales de la materia oscura, pero apunta que tiene la ventaja de que es verificable. “Cualquier modelo de tipo desintegratorio que explique los datos de PAMELA debe proponer un flujo enorme de electrones y positrones de alta energía en el universo temprano, cuando la densidad de materia oscura era mucho mayor que hoy”, afirma. Esto, añade, “desordenaría” el período inicial del universo, cuando los electrones y protones se combinaran por primera vez para formar átomos neutros de hidrógeno y, de este modo, se manifestarían como fluctuaciones en la radiación de fondo de microondas (CMB, Cosmic Microwave Background radiation).
Tales fluctuaciones deberían ser muy pequeñas para detectarlas con WMAP (Wilkinson Microwave Anysotropy Probe, o Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson), el satélite que ha dado más información hasta la fecha de la radiación de fondo. Pero el obsevatorio Plank, puesto en órbita el año pasado, será capaz de investigar con mayor detalle. Sólo entonces, parece, seremos capaces de obtener alguna pista de si la materia oscura es tan compleja como Feldman, Nath y otros piensan que es.
Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 8 de junio de 2010
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