Nuevos datos podrían confirmar el hallazgo de materia oscura


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Una antigua y controvertida afirmación por parte de la colaboración DAMA en Italia de que ha observado materia oscura ha recibido un nuevo apoyo de un experimento con sede en EEUU. Al igual que DAMA, la colaboración Cogent dice que continua viendo una variación estacional en el número de eventos registrados en su detector. Se esperaría tal variación si la Vía Láctea estuviera cubierta por un “halo” de materia oscura, pero varias otras búsquedas de materia oscura no han podido ver este efecto.

La materia oscura se cree que representa al menos el 80% de la materia en el universo, pero interactúa muy débilmente con los átomos ordinarios y las moléculas. Mientras que los físicos pueden ver sus efectos gravitatorios sobre objetos de gran tamaño como las galaxias, las propias partículas de materia oscura han demostrado ser muy difíciles de alcanzar.

El detector de DAMA se encuentra a gran profundidad en el Laboratorio Nacional Gran Sasso, donde en 1998 la colaboración afirmó haber detectado materia oscura. Desde entonces, el resultado ha sido reforzada con cada vez más datos del detector. El experimento es diferente de la mayoría de las búsquedas de materia oscura, que se concentran en colisiones individuales entre partículas de materia oscura entrantes y los núcleos del detector. En cambio, DAMA busca -y ha encontrado- una modulación anual en todos los eventos registrados por su detector. Se espera que la modulación surja debido a que el sistema solar se cree se está abriendo paso entre un halo de materia oscura que envuelve la Vía Láctea. En el verano del hemisferio norte, la velocidad tangencial de la Tierra en su órbita alrededor del Sol se encuentra en la misma dirección que el movimiento del sistema solar. Como resultado, el número de colisiones detectadas por DAMA debería alcanzar un máximo en verano y caer en el invierno.

Otros físicos no discuten la observación del DAMA. Sin embargo, algunos sostienen que el grupo, encabezado por Rita Bernabei, de la Universidad de Roma Tor Vergata, no ha hecho lo suficiente para descartar las causas más mundanas de esta modulación. Juan Collar de la Universidad de Chicago y sus colegas construyeron el Cogent en el Laboratorio Subterráneo Soudan en Minnesota específicamente para tratar de resolver la cuestión. El equipo utiliza alrededor de 100 grs de germanio como medio detector. Aunque esto produce muchos menos datos que DAMA, que utiliza 250 kg de yoduro de sodio, Cogent tiene una gran capacidad mejorada para detectar partículas de baja masa de materia oscura capaces de explicar la modulación. Después de 15 meses, Collar y sus compañeros anunciaron en 2011 que Cogent había observado, para su sorpresa, también  la modulación anual en las colisiones.

Desde entonces, Cogent ha reunido más datos y el equipo acaba de publicar un análisis de los datos recogidos hasta abril de 2013. El estudio consiste en cortar los datos de dos maneras: por la energía de colisión y por la ubicación dentro del detector. La idea es que para cualquier modulación anual que es causada por partículas masivas de interacción débil (WIMPs) -el candidato preferido para la materia oscura- la modulación sólo debe considerarse en los acontecimientos que tienen lugar en el interior del bulto del detector y que tienen energías de menos de aproximadamente 2 keV. Eso era exactamente lo que encontraron los investigadores.

Collar describe el análisis de los datos de su grupo como “muy básico”, el cálculo de la significación estadística de que el resultado sea un 2.2σ modesto. Esto significa que hay una probabilidad del 2% de que sea una casualidad estadística. Sostiene, sin embargo, que el resultado se vuelve más interesante cuando se comparan con los de otros grupos, como DAMA y CRESST, que también tiene su base en Gran Sasso. Los diferentes resultados, dice, producen masas WIMP en conflicto y fuerzas de interacción sólo si se supone que los WIMPs puedan moverse al azar dentro del halo galáctico. Sin embargo, si, como los últimos resultados implican, algunos WIMPs se comportan de manera diferente -en una cierta dirección, por ejemplo-,  los diferentes conjuntos de resultados se solapan muy claramente, explica.

Collar tiene cuidado de no exagerar la importancia del trabajo de su grupo, que describe los nuevos resultados como “no evidencial” de materia oscura, pero “limita las posibilidades” de la identidad de la materia oscura. Además señala que la modulación anual de su grupo aún podría ser explicada por una fuente actualmente desconocida de error sistemático.

La colaboración CDMS, cuyo detector se encuentra en Sudán, ha producido sus propios resultados con los detectores de silicio de los que ya informaron el año pasado -tres eventos que se parecen a las colisiones de WIMPs con aproximadamente la misma masa bajo como dice los  que DAMA ha visto- pero los detectores de germanio no han encontrado ninguna señal de una modulación anual. Mientras tanto, dos experimentos a base de xenón -XENON en el Gran Sasso y LUX en el laboratorio subterráneo de Sanford, en Dakota del Sur en los EE.UU.- no han visto nada.

Dan Hooper , un teórico de partículas en el Fermilab, cerca de Chicago, dice que los resultados conflictivos presentan un cuadro “confuso y desordenado”, argumentando que “es difícil entender por qué LUX no ve más eventos de los que tiene”, si los otros experimentos realmente están viendo WIMPs. Sin embargo, es posible, señala, que LUX no sea simplemente tan sensible a los WIMPs de baja masa. “Mientras que las calibraciones de baja energía de xenón líquido se realicen en presencia de un campo eléctrico todavía hay una posibilidad de que algunos de estos experimentos podrían estar viendo partículas de materia oscura.”

De acuerdo con su co-portavoz Richard Gaitskell de la Universidad Brown en los EE.UU., LUX ha publicado calibraciones con un campo eléctrico que va por debajo de energías de colisión de 3 keV. Gaitskell dice que “múltiples experimentos” ahora están trabajando en calibraciones a energías aún más bajas y deben hacer que sus resultados estén disponibles en el primer semestre de 2014.

De hecho, Collar y una serie de otros físicos han construido un pequeño detector de xenón en el Fermilab, a fin de examinar las exclusiones reclamadas por LUX. El detector, que utiliza una fuente de neutrones de itrio-berilio para imitar el retroceso de los WIMPs de baja masa, debe producir resultados dentro de unas pocas semanas.

El siguiente paso para Collar será entonces el montaje de un sucesor de 4 kg del Cogent, denominado C4, que espera tener en funcionamiento a finales de 2014. También está a la espera de los resultados del satélite GAIA, que fue lanzado recientemente por la Agencia Espacial Europea. Diseñado para trazar la posición y velocidad de alrededor del 1% de las estrellas en la Vía Láctea, GAIA podría, dice, revelar la existencia de estrellas que viajan hacia la Tierra y por eso, a su vez, proporcionar una confirmación independiente de cualquier materia oscura directamente.

Los resultados se describen en arXiv

Artículo original

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