Luego de anuncios previos sobre el tema, estuvimos pendientes de lo que pudiera contar Jodi Cooley a las 23:00 hora española del 17 de diciembre sobre los descubrimientos de la colaboración CDMS Run II

Tras una introducción general orientada a los medios sobre la materia oscura, sobre el uso de “vacas” para modelar distribuciones de materia oscura, así como sobre el funcionamiento de los detectores de germanio utilizados, a las 23:35 Jodi anunció que se habían observado dos eventos cuya mejor explicación son sendas partículas de materia oscura tipo WIMP con una masa de unos 100 GeV (según el artículo, de 70 GeV).

La evidencia es todavía pobre. Hay un probabilidad del 23 % de que sean meras fluctuaciones del ruido de fondo (background), lo que equivale a un intervalo de confianza del 90 %. Buenas noticias o malas, según se mire, pero buenas en cualquier caso para la nueva versión del CDMS el SuperCDMS.

La evidencia de 2 eventos tipo WIMP con una probabilidad del 23 % nos da un intervalo de confianza menor de 2 sigma. Hay que recordar que un descubrimiento definitivo requiere del orden de 5 sigma. Una evidencia tan pobre como la observada apunta más a una fluctuación aleatoria (que hayan observado una partícula conocida) que a un descubrimiento. La charla ha tenido un revuelo mediático que quizás no merecía. Parece una charla de autopromoción del CDMS: nos quieren vender que SuperCDMS, que funcionará en 2010, podría detectar algo (ya que CDMS ha sido incapaz de lograrlo). Una pena… aunque yo ya me olía que así iba a ser.

El experimento CDMS (Cryogenic Dark Matter Search experiment) en el Laboratorio Subterráneo de Soudan, Minnesota, EE.UU., está diseñado para detectar señales de partículas de materia oscura utilizando detectores de estado sólido, tanto de germanio como de silicio, enfriados a menos de 50 mK (milikelvin). La detección de partículas de tipo WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) sólo se puede realizar utilizando los detectores de germanio. Los detectores están agrupados por torres, T1-T5, y por filas dentro de cada torre, Z1-Z6 (un total de 30 detectores). El choque de la partícula WIMP proveniente del halo de materia oscura que envuelve nuestra galaxia con un núcleo (con un nucleón, protón o neutrón del núcleo) de un átomo germanio hace vibrar la estructura cristalina del material del detector, lo que produce fonones (vibraciones cuánticas) con una energía de decenas de keV (kiloelectrónvoltio). Los detectores de silicio tienen muy poca sensibilidad a la colisión de partículas tipo WIMP con núcleos.

Los datos analizados se han obtenido entre julio de 2007 y septiembre de 2008. Han observado dos eventos (T1Z5 y T3Z4) utilizando los detectores de germanio cuyo análisis indica que podrían corresponder a la detección de sendas partículas WIMP. Han sido detectores en torres diferentes y con una separación de varios meses. La probabilidad de que dichos eventos hayan sido producidos por partículas de materia ordinaria es alta, del orden del 23%. Lo que ni rechaza ni confirma que realmente se haya realizado un descubrimiento (“the results of this analysis cannot be interpreted as significant evidence for WIMP interactions, but we cannot reject either event as signal“).

La figura de arriba muestra los dos eventos. El rectángulo rojo de la figura de la derecha indica la región (ionización normalizada respecto a tiempo normalizado) donde se esperaría encontrar partículas WIMP con una masa del orden de 60 GeV. Como vemos, ambos eventos se encuentran en dicha región aunque en la parte más a la izquierda de la misma. Para estimar la probabilidad de que dichos eventos sean producto de partículas de materia ordinaria se han utilizado simulaciones de Montecarlo con el programa Geant4.

Lo más importante del descubrimiento es que permite obtener nuevos límites inferiores para las masas de las partículas WIMP (gracias al resto de los eventos estudiados) y que si en un futuro se descubren las WIMP y casan bien con los dos eventos encontrados quizás este anuncio pase a la historia de la física de partículas elementales. Pero no debemos olvidar que es muy difícil hacer física de partículas elementales con sólo dos eventos. Se requieren cientos o incluso miles para tener certeza de que lo que se está observando realmente es lo que uno interpreta. La interpretación “correcta” es clave en este tipo de descubrimientos experimentales.

Finalmente, comentaros que el artículo técnico se lee bastante bien incluso para cualquier estudiante de física o ingeniería, así que os recomiendo su lectura, Z. Ahmed et al. (CDMS Collaboration), “Results from the Final Exposure of the CDMS II Experiment,” ArXiv, 19 Dec. 2009 [copia en la web del CDMS].

Fuente: Francis (th)E mule Science’s News. Aportado por Eduardo J. Carletti