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Un “brinco” de electrones podría confirmar la materia oscura

Posted by keithcoors_00 en 20 noviembre, 2008

El hallazgo en un globo de experimentos se añade a los datos obtenidos por satélite.


Desde NaureNews
Por: Geoff Brumfiel
Traducción: KC

Un experimento en globo a gran altitud sobre la Antártida parece haber sido testigo de una posible firma de la misteriosa “materia oscura”, similar a la que se descubrió a principios de este año por un satélite europeo.

El Calorímetro Avanzado de Ionización Delgada (ATIC por sus siglas en inglés, Advanced Thin Ionization Calorimeter), un experimento de búsqueda de partículas cargadas desde el espacio, ha detectado un excedente de electrones de alta energía procedentes de algún lugar en el cosmos (véase Cartas, página 362, y Noticias y Opiniones, página 329). A pesar de que la interpretación está lejos de ser completamente cierta, los electrones pueden ser producidos por la materia oscura –

partículas anteriormente no detectadas que los físicos piensan representa el 85% de toda la materia en el Universo.

Las conclusiones de la misión ATIC son similares a los datos de la misión del satélite PAMELA (por sus siglas en inglés: Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics), una colaboración entre Italia, Rusia, Alemania y Suecia, que descubrió un exceso de positrones, o anti-electrones, de alta energía en energías más o menos similares (véase Nature 454, 808, 2008). “En varios aspectos las dos mediciones se complementan entre sí”, dice John Wefel, jefe de la colaboración ATIC y físico en la Universidad Estatal de Luisiana en Baton Rouge.

El equipo de Wefel estudió los datos de dos misiones ATIC de varios días de vuelo entre 2000 y 2003, a unos 35 kilómetros por encima del hielo antártico. Con el 99.5% de la atmósfera de la Tierra por debajo, las misiones detectaron electrones que proceden de diversas fuentes galácticas como la explosión de estrellas. Como se predijo por la teoría, el experimento observó un menor número de electrones de altas energías. Pero entre 300 y 600 gigaelectronvolts, el número de electrones aumentó significativamente antes de la caída a los niveles de fondo.

Los resultados de PAMELA, tal como fueron anunciados en el servidor de preimpresión arXiv el mes pasado (O. Adriani et al. http://arxiv.org/abs/0810.4995; 2008) y también remitidos a Nature, muestran el aumento de positrones de hasta 100 gigaelectronvolts. A pesar de que la colaboración no informó nada más allá de este nivel de energía, algunos sospechan que el número de positrones puede seguir aumentando a mayor energía. Y, debido a que los datos de PAMELA y ATIC se midieron de diferentes maneras, los investigadores piensan que probablemente sus hallazgos confirman mutuamente.

El ‘brinco’ que ATIC ve en el número de electrones podría ser el resultado de la aniquilación de partículas pesadas de materia oscura, de acuerdo con Wefel. Cuando esto sucede, dos partículas de materia oscura colisionan y su masa se convierte en dos pares de electrones y positrones rápidos, cuyas energías corresponden a la masa de las partículas originales.

La aniquilación de partículas de materia oscura es, sin duda, la más sexy de las posibilidades.

“Esa es sin duda la más sexy de las posibilidades”, dice Dan Hooper, un físico teórico en el Acelerador del Laboratorio Nacional Fermi en Batavia, Illinois. La naturaleza exacta de la partículas de materia oscura que producen electrones es incierta, pero es una idea que pueden ser partículas ordinarias que pasan parte de sus vidas en una compacta dimensión extra del espacio. Considerando que las partículas parecen relativamente estacionarias para los observadores atrapados en tres dimensiones espaciales, podrían estar avanzando en ultra-alta velocidad en una cuarta dimensión espacial. A altas velocidades, darían lugar a una fuerza gravitatoria que se podría sentir por la materia atrapada en tres dimensiones del espacio-tiempo. “Es una idea muy salvaje”, dice Hooper.

Otras razones más mundanas también podría explicar los datos. El principal candidato es un púlsar cercano, dice Aldo Morselli, un físico de partículas del Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear en la Universidad de Roma Tor Vergata (sin albur, nota de KC). Los púlsares, restos con rápidos giros de las explosiones de supernovas, tienen enormes campos magnéticos que pueden acelerar los electrones a altas energías como los observados en los experimentos, aunque el “brinco” ATIC es más difícil de hacer coincidir con un púlsar que con el aumento de PAMELA.

Wefel está de acuerdo en que es demasiado pronto para decir si ATIC y PAMELA han visto la materia oscura. “No se puede hacer una dura y rápida afirmación”, dice. “El caso todavía está abierto”.

Sin embargo, más pruebas pueden venir pronto. El telescopio Fermi de la NASA (antes conocido como GLAST), que se puso en marcha en junio de este año, está diseñado para la caza de rayos γ de alta energía. Pero el telescopio puede también observar electrones y positrones, de acuerdo con Morselli. En los próximos meses, predice que el telescopio será capaz de verificar los datos de positrones y electrones de PAMELA y ATIC. Además, Fermi puede ser capaz de detectar rayos γ que han llegado de las aniquilaciones de materia oscura. “En la primavera de 2009, tendremos mucho más información”, dice Morselli.

Imagen:

Varios experimentos pueden haber encontrado la materia oscura, cuya existencia se infiere aquí (en azul). NASA

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