Artículo publicado por Geoffrey Koch el 22 de noviembre de 2011 en Science NOW

En 2008, el satélite italiano PAMELA captó una señal inusual: un pico en las partículas de antimateria que surcan el espacio. El descubrimiento, controvertido en su momento, dio pistas a los físicos de que podrían estar cerca de detectar la materia oscura, una enigmática sustancia que se cree que cuenta con el 85% de la materia del universo. Ahora, nuevos datos procedentes del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, confirman el pico. Por desgracia, también socavan su interpretación como una señal de energía oscura.

Los teóricos normalmente creen que cuando colisionan dos partículas de materia oscura deberían aniquilarse para producir partículas ordinarias, tales como electrones y su gemelo de antimateria, el positrón. Gracias a la famosa equivalencia de Einstein entre energía y masa, E=mc², cada una de esas partículas debería surgir con una energía básicamente igual a la masa de la partícula original de materia oscura. Por lo que, cuando PAMELA vio un pico en la proporción de positrones respecto a los más abundantes electrones en una porción particular del espectro de energía, algunos físicos se emocionaron. Quizá PAMELA estaba viendo pruebas de tales aniquilaciones.

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Materia oscura y común en el universo © Crédito: Argonne National Laboratory

Sin embargo, debido a que los positrones se producen en todo el universo, incluyendo los púlsares y estrellas de neutrones, el resultado era, en el mejor caso, poco concluyente – aunque generó una agitación frenética. En una conferencia donde se presentaron los datos preliminares de PAMELA, algunos físicos usaron teléfonos móviles para tomar fotografías de las transparencias del equipo italiano, y luego escribieron y publicaron artículos en Internet sobre el significado de la materia oscura en los datos, todo antes de que los resultados estuviesen preparados para su envío a una revista revisada por pares.

La trama aumentó en 2009, cuando el equipo de Fermi publicó datos de las observaciones de su propio satélite sobre el espectro de rayos cósmicos, el cual demostró que no había señales fuera de lo común. Sin embargo, en dicho análisis, el grupo de Fermi consideró la suma total de todas las partículas cargadas, electrones y positrones. Esto se debe a que el telescopio se diseñó para medir los rayos gamma neutros y no tenía imanes a bordo para distinguir los electrones cargados negativamente de los positrones cargados positivamente.

Los físicos esperan poder usar los datos acumulados de antimateria para estudiar la masa de las partículas masivas de interacción débil (WIMP), que se cree que son las partículas fundamentales de la materia oscura. La señal esperada sería un continuo aumento de positrones en un rango dado de energías, seguido por una súbita caída. Apuntando el nivel de energía – los físicos miden esto en miles de millones de electrón volts – a la que cae la señal de positrones, permitiría a los físicos calcular la masa de las WIMPs.

Después del entusiasmo generado por el resultado de PAMELA, los físicos de la Universidad de Stanford Stefan Funk y Justin Vandenbroucke querían centrarse en la señal del positrón. Encontraron una forma de hacerlo, usando la propia Tierra como filtro de partículas. “Básicamente, puedes mirar en ciertas direcciones, a partir de las cuales, sólo pasarán electrones o positrones a través del campo magnético de la Tierra”, dice Vandenbroucke.

El método de Funk y Vandenbroucke, que se ha enviado a Physical Review Letters, confirmó el resultado italiano.  Es decir, que la abundancia relativa de positrones parece aumentar de 20 000 millones a 100 mil millones de electrón volts. Y, por primera vez, los investigadores demostraron que la señal sigue siendo fuerte por encima de 200 000 millones de electrón volts. Si lo que ven son remanentes de muertes de materia oscura, entonces la masa de las WIMP tendría que ser de al menos 100 veces la de un protón, lo que está dentro de muchas predicciones teóricas.

“Como hazaña técnica, es maravillosa”, dice el físico de la Universidad de Harvard Doug Finkbeiner. Aun así, dice que es demasiado pronto para decir si los nuevos datos dicen algo sobre la materia oscura. Un vistazo más cercano a los resultados de PAMELA y Fermi sugieren que la señal de positrón probablemente sigue haciéndose más fuerte a energías más altas, dice Finkbeiner, incluso más allá del extremo superior de la última medida de Fermi. Es decir, puede que no sea un pico distintivo, sino una tendencia amplia en el espectro de rayos cósmicos, la fuente de los cuales es imposible de determinar. El nuevo artículo es una “maravillosa confirmación del resultado de PAMELA”, dice, “sin embargo la señal de positrón probablemente estará ahí, tanto si los positrones proceden de la aniquilación de materia oscura, de púlsares, o del Ratoncito Pérez”.

“Confirmar el aumento de positrones es bueno, significa que hay algo nuevo en marcha”, añade el cosmólogo de la Universidad de Chicago Michael Turner, cuyo artículo de 1990 junto a Frank Wilczek, teórico en el Instituto Tecnológico de Massachusetts en Cambridge, sugirió por primera vez buscar positrones como prueba de las aniquilaciones de WIMPs. “Pero sin la súbita bajada, no tenemos la prueba definitiva”.

La búsqueda de la “prueba definitiva” por parte de Turner cuenta ahora con otro detector, el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02), de 2200 millones de dólares, patrocinado internacionalmente, que se transportó a la Estación Espacial Internacional en mayo. AMS-02 incluye un potente imán para separar los rayos cósmicos y debería ser capaz de estudiar el exceso de positrones, y la súbita caída, a energías significativamente más altas de las que puede manejar el telescopio Fermi. “AMS-02 debería ser capaz de dar un veredicto final sobre esto”, dice Funk. “Es algo que todos estamos esperando ansiosamente”.

Autor: Geoffrey Koch
Fecha Original: 22 de noviembre de 2011
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