25 de febrero de 2008

Campanas de cristal permanecen silenciosas mientras los físicos buscan materia oscura

Imagen: Priscilla Cushma

Científicos del experimento Búsqueda Criogénica de Materia Oscura (CDMS) anunciaron que han retomado el liderazgo en la carrera mundial por encontrar las partículas que forman la materia oscura. El experimento CDMS, llevado a cabo a unos 800 metros bajo tierra, en una mina en Soudan, Minnesota, establece, nuevamente, las mejores restricciones para las propiedades de los candidatos a materia oscura.

"Con nuestro nuevo resultado hemos pasado a liderar la competencia", dijo Blas Cabrera de la Universidad de Stanford, uno de los portavoces del experimento CDMS, para el que el Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (Fermilab), del Departamento de Energía de los Estados Unidos, el cual es sede de la dirección del proyecto. "Hemos logrado los límites más restrictivos del mundo en cuán a menudo interactúan las partículas de materia oscura con la materia común y cuán pesadas son, en particular en el rango de masas teóricamente más aceptado superior a 40 veces la masa del protón. Nuestro experimento es ahora suficientemente sensible para escuchar WIMPs si tocan los "timbres" de nuestro detector de cristal de germanio, aunque lo hagan sólo un par de veces al año. Hasta ahora, no hemos escuchado nada".

WIMPs es el nombre dado a supuestas partículas masivas de interacción débil (su sigla en inglés), principal candidato para ser los constituyentes principales de la materia oscura, que totalizaría el 85 por ciento de toda la masa del Universo. Ciento de miles de millones de WIMPs pueden haber atravesado su cuerpo mientras lee este artículo.

"Estamos decepcionados por no haber visto a los WIMPs, hasta ahora. Pero la ausencia de un fondo en nuestra muestra indica la potencia de nuestros detectores a medida que nos introducimos en un territorio interesante", dijo otro de los portavoces del CDMS Bernard Sadoulet, de la Universidad de California, en Berkeley.

De existir, los WIMPs deberían interactuar con la materia ordinaria a tasas similares a las de los neutrinos de baja energía, las esquivas partículas subatómicas descubiertas en 1956. Pero para dar cuenta de toda la materia oscura del Universo y de la acción gravitacional que produce, los WIMPs deberían tener masas aproximadamente mil millones de veces mayores que los neutrinos. La colaboración CDMS encontró que si los WIMPs tienen 100 veces la masa del protón (aproximadamente 100 GeV/c²) colisionarían con un kilogramo de germanio menos de unas pocas veces al año; de otra forma, el experimento CDMS los habría detectado.

"La naturaleza de la materia oscura es uno de los misterios en física de partículas y cosmología", dijo el Dr. Dennis Kovar, Director Asociado Interino de Física de Altas Energías en la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía. "Felicitamos a la colaboración CDMS por mejorar la sensibilidad y establecer un nuevo límite en la búsqueda de la materia oscura".

El experimento CDMS está ubicado en el Laboratorio Subterráneo de Soudan, aislado de los rayos cósmicos y otras partículas que podrían imitar las señales esperadas para las partículas de materia oscura. Los científicos manejan los detectores ultrasensibles del CDMS en condiciones de sala libre de impurezas, a una temperatura de aproximadamente 40 milikelvin, cerca del cero absoluto. Los físicos esperan que los WIMPs, si es que existen, viajen a través de la materia ordinaria, dejando raramente un rastro. Si los WIMPs atravesaron un detector del CDMS, ocasionalmente uno de los WIMPs podría impactar en un núcleo de germanio. Como un martillo golpeando una campana, la colisión crearía vibraciones en la red cristalina del detector, pudiendo ser detectadas por los científicos. No habiendo observado tales señales, el experimento CDMS establece límites a las propiedades de los WIMPs.

"Las observaciones realizadas con telescopios han demostrado repetidas veces que la materia oscura existe. Es lo que mantiene unidas a todas las estructuras cósmicas, incluyendo nuestra propia Vía Láctea. La observación de WIMPs finalmente revelaría la naturaleza subyacente de esta materia oscura, la cual juega un papel crucial en la formación de galaxias y la evolución del Universo", dijo Joseph Dehmer, director de la División de Física para la Fundación Nacional de Ciencia de los Estado Unidos.

El descubrimiento de los WIMPs debería requerir extensiones del marco teórico conocido como Modelo Estándar de partículas y de sus fuerzas. El 22 de febrero de 2008, la colaboración CDMS presentó su resultado a la comunidad científica en el Octavo Simposio sobre Materia Oscura y Energía Oscura de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA).

"Éste es un resultado fantástico", dijo el Profesor de UCLA David Cline, organizador de la conferencia.

El resultado del CDMS pone a prueba la viabilidad de los nuevos conceptos teóricos que se han propuesto.

"Nuestros resultados restringen los modelos teóricos tales como la supersimetría y los modelos basados en dimensiones extras del espacio-tiempo, el cual predice la existencia de WIMPs", dijo el director del proyecto CDMS Dan Bauer, del Fermilab. "Para la masa esperada de los WIMP a partir de estas teorías, somos de nuevo los más sensibles del mundo, quitándole el liderazgo al experimento Xenon 10 en el Laboratorio Gran Sasso, en Italia. Ganaremos otro factor tres en sensibilidad continuando con la recopilación de datos con nuestros detectores en el laboratorio de Soudan, a fines de 2008".

Una nueva fase del experimento CDMS con 25 kilogramos de germanio está planeada para la instalación SNOLAB, en Canadá.

"El experimento de 25 kilogramos tiene un claro potencial de descubrimiento", dijo el Director del Fermilab, Pier Oddone. "Cubre una gran cantidad del territorio previsto por las teorías supersimétricas".

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.fnal.gov/