WIMPS Y MATERIA OSCURA

¿WIMPS = materia oscura?





Recientes resultados de un experimento realizado en Italia buscando materia oscura sugieren que la escurridiza partícula masiva de interacción débil, WIMP, finalmente se ha detectado -, y que incluso puede que un rival experimental en EEUU confirme los resultados.

La controversia en torno a las pruebas del descubrimiento de "la materia oscura" se ha incrementado después de las dos charlas dadas en una conferencia a finales de febrero. Los documentos fueron presentados en el 4 º Simposio Internacional sobre Fuentes y Detección de Materia oscura y energía en el Universo, celebradas en Marina del Ray, California.

Desde hace 70 años los astrónomos saben que el polvo, gas y el resto de la materia ordinaria no pueden dar cuenta de casi el 90% de la masa de muchas galaxias. Las galaxias deben contener otra materia "oscura" para explicar los movimientos orbitales de las estrellas alrededor de sus centros galácticos. Muchos astrofísicos, cosmólogos y físicos de partículas han conjeturado que este aparente vacio podría estar poblado por una densa masa de materia, muy débilmente interactuante, formada por partículas WIMPs. Esas partículas serían las que crean los campos gravitacionales necesarios para mantener en movimiento a las estrellas tal como se observan.

Desde que los primeros esfuerzos experimentales para detectar estas partículas que se publicaron en 1987, literalmente docenas de experimentos se han realizado en todo el mundo. Dos de los experimentos más sensibles a día de hoy son el DAMA experimento en el laboratorio de Gran Sasso en Italia, y el CDMS experimento en la Universidad de Stanford en los EE.UU. En el DAMA, que tiene la colaboración de físicos de la Universidad de Roma Tor Vergata, de la Universidad de Roma La Sapienza y de la Academia China en Beijing, se han buscado WIMPs durante varios años usando una gran variedad de detectores de yoduro de sodio-a 1400 m bajo tierra . El experimento que compite en la busqueda, CDMS, utiliza detectores criogénicos y está situado a tan sólo 10 metros bajo tierra. El CMDS incluye investigadores de varios centros en los EE.UU como de Rusia.

Suponiendo que existan, las WIMP serían localizadas en el DAMA ya que ocasionalmente lograrían llegar a un núcleo en el detector del experimento y provocar un retroceso elástico. El retroceso de energía depende de la masa y la velocidad de las WIMP, junto con la masa del núcleo que actúa de blanco. Esta energía se puede medir de varias maneras, dependiendo del detector utilizado. En la oscilación un fotón sería emitido, liberando carga eléctrica , o un phonon podría causar una ligera subida de la temperatura en los materiales criogénicos.

El reto para los experimentos es separar los pequeños efectos producidos por las interacciones de las WIMP de la gran cantidad de sucesos de fondo. Este fondo incluye rayos cósmicos y partículas radiactivas en libertad emitidas en el detector y sus alrededores. Como resultado de ello, hay que prestar una gran atención para proteger a los detectores de la radiación cósmica y asegurar que no existen cualquier emisiónes radiactivas en el detector por impurezas o el material de blindaje.

Durante varios años, el grupo italiano ha afirmado que había evidencias de las interacciones de las WIMP con la Tierra y el Sol al desplazarse a través de un mar partículas de materia oscura fría que hay en el halo de la Vía Láctea. La velocidad relativa con la que la Tierra se mueve a través de la materia oscura del halo provoca cambios observables, debido a la forma en que el planeta gira alrededor del Sol. Esto significa que la señal de las WIMP en junio debería ser más elevada que en diciembre. Los detectores del DAMA se han utilizado para la búsqueda anual para estos cambios en la señal.

Sin embargo, los investigadores que dudan de los resultados registrados hasta hoy, han sugerido que procesos más mundanos - tales como la temperatura ambiente - podría dar lugar a los mismos efectos observados.

En el experimento CDMS el sistema de busqueda se basa en un nuevo tipo de detector que utiliza la tecnología de los cristales de silicio y germanio enfriados a bajas temperaturas. Los detectores miden simultáneamente la ionización y el calor producido por retrocesos nucleares. La tecnología ya ha demostrado claramente que es capaz de separar los sucesos causados por una WIMP desplazando el núcleo de cristal, de los acontecimientos provocados por los rayos gamma y los rayos X de la radioactividad natural en el material circundante.

El experimento CDMS habría refutado definitivamente los resultados de DAMA si no fuera por 13 eventos en los que los núcleos de germanio retrocedieron después de ser golpeados por algunas partículas masivas. Gaitskell presento detalles de una serie de experimentos y cálculos diseñados para demostrar que los 13 eventos fueron muy probablemente causados por neutrones producidos a partir de los rayos cósmicos que entran en su laboratorio. A partir de su análisis, los investigadores del CDMS llegaron a la conclusión de que casi todos estos eventos fueron definitivamente neutrones, y no deben atribuirse a la dispersión de los eventos materia oscura-WIMPs.

Sin embargo, el debate que se planteó fue la cuestión de la capacidad de colaboración para garantizar que estos eran, de hecho, neutrones. Thomases que duda sobre esa identificación de los neutrones-sostuvo que no se puede concluir definitivamente que se trataba de los mismos. Además, si estos hechos no proceden de los neutrones, los resultados de la colaboración del CDMS corroborarian de hecho son, de hecho, los resultados de DAMA . En la actualidad, hay una situación de estancamiento.

En el próximo año o dos, tanto las colaboraciones como los planes de actualizaciones y mejoras de los detectores aclararán algo las cosas. Y podremos saber con certeza si los 13 eventos observados en el laboratorio subterráneo de Stanford se deben a los neutrones o no.

Estos y otros experimentos ayudarán de esta manera a descubrir WIMPs o descartar las partículas de una masa grande de la gama y con una amplia gama de propiedades de interacción.

El descubrimiento de partículas de materia oscura fria sería una de las más importantes noticias en la historia de la física. Que aclararía muchas preguntas sobre el nacimiento, evolución y destino final de nuestro universo. Un descubrimiento que mereceria el premio Nobel y un distinguido lugar en la historia científica del hombre.
Articulo original Frank T Avignone