Primera de dos partes

En las historias misteriosas, el principal sospechoso casi siempre es exonerado antes del final del libro. Por lo general, porque evidencia importante resultó ser incorrecta.

En ciencia, se supone que la evidencia importante es correcta. Pero a veces no lo es. En el misterio de la «materia oscura» invisible en el espacio, la evidencia que implica un sospechoso principal ahora ha sido expuesta directamente. Las WIMP, pequeñas partículas que se cree que son las principales candidatas a la materia oscura, no aparecieron en un experimento diseñado específicamente para probar el único estudio anterior que afirma detectarlas.

Durante décadas, los físicos han reconocido que la mayor parte de la materia del universo no tiene nada que ver con la materia terrestre, que se compone principalmente de protones y neutrones. Las influencias gravitacionales sobre la materia visible (estrellas y galaxias) sugieren que algunas cosas oscuras de identidad desconocida impregnan el cosmos. La materia ordinaria constituye menos del 20 por ciento de la materia cósmica.

Además, por razones no relacionadas, los teóricos han sugerido durante mucho tiempo que la naturaleza posee tipos misteriosos de partículas diminutas que son predichas por un marco matemático teórico conocido como supersimetría, o SUSY para abreviar. Estas partículas serían masivas según los estándares subatómicos, pero solo interactuarían débilmente con otra materia y, por lo tanto, se las conoce como partículas masivas que interactúan débilmente, por lo tanto, WIMP.

De los muchos tipos posibles de WIMP, uno (presumiblemente el más ligero) debería tener las propiedades necesarias para explicar la materia oscura que entra en conflicto con el movimiento de estrellas y galaxias (SN: 27/12/12). Los WIMP se buscaron ya en el siglo pasado para demostrar su existencia y determinar en qué tipos de materia oscura estaban compuestos.

En 1998, un equipo de investigación anunció un éxito evidente. Un experimento llamado DAMA (para DArk MAtter, ¿entendido?), Que consistía en un detector de partículas enterrado bajo los Alpes italianos, aparentemente descubrió partículas con propiedades que coincidían con las expectativas de algunos físicos para una señal de materia oscura.

Fue un experimento complicado basado en la premisa de que la habitación está llena de enjambres de WIMP. Un detector que contenga trozos de yoduro de sodio debe emitir un destello de luz cuando lo golpee un WIMP. Pero otras partículas hechas de sustancias radiactivas naturales también producirían destellos de luz, incluso si los WIMP son un mito.

Por lo tanto, los experimentadores adoptaron una propuesta inteligente propuesta previamente por los físicos Katherine Freese, David Spergel y Andrzej Drukier, que se conoce formalmente como la prueba de modulación anual. Pero llamémoslo simplemente el enfoque de junio a diciembre.

A medida que la tierra orbita alrededor del sol, el sol también se mueve alrededor de la Vía Láctea, llevado por un brazo en espiral hacia la constelación de Cygnus. Si la galaxia está realmente llena de WIMP, el sol debería atravesarla constantemente, creando un «viento WIMP». (Es como el viento que se siente cuando asoma la cabeza por la ventana de un automóvil en movimiento). En junio, la órbita de la Tierra la mueve en la misma dirección que el sol alrededor de la galaxia, en dirección al viento. Pero en diciembre la tierra se aleja del viento en la dirección opuesta. Por lo tanto, más WIMP deberían llegar a la Tierra en junio que en diciembre. Es como si tu parabrisas se rompiese con más gotas de lluvia cuando conduces hacia adelante que cuando conduces hacia atrás.

Diagrama del viento WIMP cuando la tierra gira
A medida que el sol se mueve por el espacio, debería chocar con partículas de materia oscura llamadas WIMP, si las hubiera. Si la Revolución de la Tierra los lleva en la misma dirección que el Sol en verano, el «viento WIMP» resultante debería parecer más fuerte y deberían detectarse más colisiones WIMP en junio que en diciembre.

GEOATLAS / GRAPHI-OGRE, ADAPTADO POR T. DUBÉ

En una conferencia de astrofísica en París en diciembre de 1998, Pierluigi Belli del equipo DAMA informó una clara señal (o al menos una fuerte indicación) de que llegaban más partículas en junio que en diciembre. (Más específicamente, los resultados mostraron una modulación anual en la frecuencia de los destellos de luz, alcanzando un pico alrededor de junio con un mínimo en diciembre). Los datos de DAMA mostraron un WIMP que pesaba 59 mil millones de electronvoltios, aproximadamente 60 veces la masa de un protón.

Sin embargo, a algunos expertos les preocupaba el análisis de datos del equipo de DAMA. Y otras búsquedas de WIMP con diferentes detectores y estrategias deberían haber encontrado WIMP si DAMA tenía razón, pero no. Sin embargo, DAMA persistió. Una versión avanzada del experimento, DAMA / LIBRA, continuó encontrando desigualdad entre junio y diciembre.

Quizás DAMA fue más sensible a los WIMP que a otros experimentos. Después de todo, las otras búsquedas no duplicaron los métodos de DAMA. Algunos usaron sustancias distintas del yoduro de sodio como evidencia o observaron ligeros aumentos de temperatura como señal de una colisión WIMP en lugar de destellos de luz.

Los WIMP pueden no ser lo que pensaron originalmente los teóricos. DAMA informó inicialmente de 60 WIMP de masa de protones basándose en la suposición de que los WIMP chocaban con átomos de yodo. Sin embargo, datos posteriores sugirieron que los WIMP podrían encontrar átomos de sodio, lo que implica una masa de WIMP mucho más liviana, más fácil que otros experimentos que fueron diseñados de manera óptima para la detección. Otra posibilidad: tal vez las trazas del elemento metálico talio (átomos mucho más pesados ​​que el yodo o el sodio) fueron los objetivos de WIMP. Sin embargo, una revisión reciente de esta propuesta reveló nuevamente que los resultados de DAMA no podían conciliarse con la falta de señal en otros experimentos.

Y ahora la esperanza de DAMA de justificarse mediante un nuevo experimento clandestino, este en España, se ha desvanecido aún más. Los científicos de la colaboración ANAIS repitieron el método de junio a diciembre con yoduro de sodio para reproducir los resultados de DAMA utilizando el mismo método y materiales. Después de tres años de funcionamiento, el equipo de ANAIS no informa ningún signo de WIMP.

Sin un WIMP, para ser justos, la conclusión se basa en una gran cantidad de análisis técnicos sofisticados. No se trata solo de contar destellos de luz. Debe recopilar datos rigurosos sobre el comportamiento de nueve módulos de yoduro de sodio diferentes. Debe corregir la presencia de isótopos radiactivos raros creados por colisiones con rayos cósmicos mientras los módulos aún estaban en construcción. Y luego, no debe probar el análisis estadístico requerido para detectar una diferencia de señal invierno-verano en casa (a menos que esté muy familiarizado con cosas como el periodograma de mínimos cuadrados o la técnica Lomb-Scargle). Además, ANAIS aún está operativo y planea recopilar datos durante dos años más antes de que se publique un análisis final. Por lo tanto, el veredicto sobre los WIMP de DAMA no es necesariamente definitivo.

Aun así, las cosas no se ven bien para los WIMP, al menos no para los WIMP motivados por la creencia en la supersimetría.

Desafortunadamente, encontrar WIMP desde el espacio no es la única mala noticia para los fanáticos de SUSY. Los intentos de producir WIMP en aceleradores de partículas también han fracasado hasta ahora. La materia oscura podría resultar ser un tipo diferente de partícula subatómica.

Si es así, sería una conspiración digna de Agatha Christie, al igual que Poirot, que resulta ser un asesino. Durante mucho tiempo, la simetría fue el amigo más confiable de los físicos y condujo a muchos grandes éxitos, desde la teoría de la relatividad de Einstein hasta el modelo estándar de partículas y fuerzas.

Si aún no se han encontrado partículas SUSY, no significa necesariamente que no existan. La supersimetría puede no ser tan simple como parecía al principio. Y las partículas SUSY pueden ser más difíciles de detectar de lo que pensaban originalmente los científicos. Sin embargo, si la supersimetría no es tan buena, es posible que los científicos deban pensar en cómo creer en la simetría puede llevarlos por mal camino.

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