Experimento AMS detecta exceso de positrones en el espacio, posible indicio de materia oscura

El experimento espacial AMS detecta un exceso de positrones compatible con la desintegración de partículas de materia oscura

La colaboración internacional que maneja el Espectrómetro Magnético Alpha (AMS-02), el detector de partículas instalado en 2011 en la Estación Espacial Internacional para estudiar los rayos cósmicos, anunció ayer resultados que podrían ayudar a resolver uno de los mayores enigmas a los que se enfrenta la física moderna: la materia oscura. Tras analizar los datos obtenidos durante los primeros 18 meses de vida del experimento, los investigadores han detectado un notable exceso de positrones de alta energía entre los rayos cósmicos provenientes de todas las direcciones del cielo. En palabras de los propios miembros de la colaboración, tales resultados «demuestran la existencia de nuevos fenómenos físicos».

El artículo técnico fue publicado esta semana en la revista Physical Review Letters.

El experimento AMS-02 es un detector de partículas (similar a los empleados en el Gran Colisionador de Hadrones) pero que opera desde el espacio. Su objeto de estudio son los rayos cósmicos, partículas de muy alta energía que, generadas en todo tipo de fenómenos astrofísicos violentos, pululan por el cosmos. El AMS-02 las detecta antes de que interaccionen con la atmósfera terrestre, gracias a lo cual puede estudiar su composición «primaria».

Los datos hechos públicos ayer hacen referencia a la cantidad de positrones (la antipartícula del electrón) detectados por el experimento. Desde que comenzara a tomar datos, el AMS-02 ha registrado unos 25.000 millones de sucesos, de los cuales unos 400.000 corresponden a positrones con energías comprendidas entre los 0,5 y los 350 gigaelectronvoltios (GeV). Los datos muestran que, con respecto al flujo total de electrones más positrones, la fracción de positrones aumenta de manera constante y muy notable a partir de los 10 GeV (véase la gráfica). Según los investigadores, ese exceso apuntaría de manera inequívoca a la existencia de una fuente cósmica de electrones y positrones aún desconocida. Aunque todavía es pronto para descartar otras hipótesis, la gran expectación generada se debe a que dicha fuente bien podría corresponder a una nueva clase de partícula elemental: las componentes de la materia oscura cósmica.

Partículas oscuras

Según los modelos astrofísicos y cosmológicos más aceptados, el universo contendría entre 5 y 6 veces más materia de la que podemos ver. La existencia de esta sustancia misteriosa se manifiesta por el arrastre gravitatorio que ejerce sobre la materia ordinaria (estrellas, galaxias, polvo y gas); sin embargo, su naturaleza resulta completamente desconocida ya que ni absorbe ni emite luz, de ahí su nombre. Numerosos físicos creen que las gigantescas nubes de materia oscura que rodean a las galaxias se componen en realidad de un nuevo tipo de partícula subatómica.

Por otro lado, varias propuestas teóricas para ampliar el modelo estándar de las partículas fundamentales, como las teorías supersimétricas, predicen la existencia de un nuevo tipo de partícula elemental que no interaccionaría con la luz y que habría sido generada en enormes cantidades tras la gran explosión que dio origen a nuestro universo. Dichas partículas permearían aún hoy el cosmos, lo que las convierte en candidatas perfectas para explicar la materia oscura. Dado que solo experimentarían la fuerza gravitatoria y la interacción nuclear débil, han recibido el nombre genérico de WIMP, siglas inglesas de «partículas masivas que interaccionan débilmente». Varios modelos predicen de manera natural que, en caso de existir, las WIMP se aniquilarían al colisionar entre ellas. En ese proceso se generarían partículas de otra clase, como —por ejemplo— electrones y positrones.

Algunos indicios del exceso de positrones de alta energía observado ahora por el AMS-02 ya habían sido referidos años atrás por otros experimentos, como el satélite PAMELA y el telescopio espacial Fermi. Sin embargo, aquellos datos no eran concluyentes. Ahora, la gran cantidad de eventos registrados por el AMS-02 ha confirmado el fenómeno más allá de toda duda razonable. Aunque los investigadores han sido cautos y han admitido que el origen de esos positrones extra bien podría ser de naturaleza astrofísica (como púlsares distribuidos por el plano galáctico, por ejemplo), el hecho de que la cantidad de partículas detectadas sea constante en el tiempo y provenga por igual de todas las direcciones del cielo parece descartar que el fenómeno tenga su origen en fuentes localizadas.

En la nota de prensa publicada ayer por el CERN, el premio nóbel y portavoz de la colaboración AMS Samuel Ting declaraba lo siguiente: «Durante los próximos meses, el AMS podrá decirnos de manera concluyente si estos positrones constituyen una señal de materia oscura o si poseen otro origen». Los físicos se hallan expectantes, y no sin razón. Desde numerosos puntos de vista, el descubrimiento de partículas de materia oscura revestiría muchísima más importancia que el hallazgo del bosón de Higgs: aparte de resolver un misterio que lleva 80 años acosando a los astrónomos, supondría una verdadera revolución para al física de partículas elementales.

El artículo técnico en Physical Review Letters es de acceso libre y puede descargarse aquí. Más información en el CPAN, el CERN (nota de prensa; información suplementaria) y Physics.

Fuente: Investigación y Ciencia. Aportado por Eduardo J. Carletti

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