CRESST descubre indicios de materia oscura

CRESST descubre indicios de materia oscura

Los físicos están finalmente acercándose a la materia oscura, la esquiva sustancia que se cree que constituye la mayor parte de la materia del universo. O eso, o están siendo engañados por una fuente de error desconocida.

Ésta parecía ser la idea general, después de que el equipo detrás del experimento CRESST (o Búsqueda Criogénica de Eventos Raros con Termómetros Superconductores) en Italia anunciara el martes que había descubierto señales que podrían interpretarse como materia oscura. Estas señales se unen a posibles huellas de materia oscura observadas por otros dos experimentos de detección directa en los últimos años, lo que sugiere que las pruebas van en aumento. El problema es que los físicos no se ponen de acuerdo sobre si las distintas señales coinciden o no.

Detector CRESST © Crédito: LNGS/INFN

“No hay consenso – lo cual es bueno, creo”, dice Rafael Lang, físico de la Universidad de Columbia en Nueva York, y miembro de otro experimento de materia oscura llamado XENON. “Mi opinión personal es que no comprendemos lo suficiente los detectores. Al mismo tiempo, creo que si alguna de estas [señales] fuese materia oscura sería algo fantástico … Sería una materia oscura”fácil”, una a la que le gusta interactuar con nosotros y decirnos de dónde viene, qué está haciendo”.

Búsqueda compleja

La materia oscura se cree que representa más del 80% de la materia del universo. Sin embargo, es invisible y hasta ahora sólo se ha deducido por la fuerza gravitatoria que ejerce sobre la materia normal. Los físicos creen que es probable que tome la forma de partículas masivas de interacción débil, o WIMPs.

Para detectar estas WIMPs directamente, los investigadores han construido detectores en laboratorios subterráneos, donde el bajo ruido de fondo debería permitir que las señales destacaran. El mayor laboratorio subterráneo está en Gran Sasso, una montaña en el centro de Italia, hogar de varios experimentos de materia oscura como DAMA, XENON y CRESST. Desde hace poco más de una década, el equipo detrás del experimento DAMA ha afirmado ver una señal WIMP – una modulación anual que encajaría con la Tierra orbitando dentro de y contra el predominante “viento” de materia oscura de nuestra galaxia. El año pasado, la colaboración COGENT, con sede en la mina Soudan en Minnesota, EE.UU., informó de cientos de señales en sus detectores que también podrían ser WIMPs.

Tales detectores de materia oscura funcionan cuando una WIMP choca con un núcleo atómico, el cual luego retrocede, produciendo un centelleo, o destello, característico. CRESST tiene una ventaja, ya que sus detectores usan tres tipos de núcleos – calcio, tungsteno y oxígeno – unidos en el tungstato de calcio. Cada uno de estos núcleos tiene una masa diferente, lo que significa que la materia oscura puede estudiarse de tres maneras diferentes. Por ejemplo, si el retroceso proviene de un núcleo de tungsteno – el más pesado de los tres – probablemente significa que la propia WIMP es pesada.

Hablando en una conferencia en Múnich el martes, el equipo de CRESST anunció que ejecutaron su último experimento de junio de 2009 a abril de 2011, con 2,4 kg de tungstato de calcio. Grabaron 67 señales similares a WIMPs, de las cuales aproximadamente la mitad no pudieron explicarse mediante ningún fenómeno de fondo. Un borrador de su análisis está disponible en el servidor de arXiv.

¿La culpa es del fondo?

La pregunta es si la señal de CRESST, que apunta a una WIMP relativamente ligera, se puede reconciliar con los resultados de otros experimentos de detección directa. DAMA y CoGeNT han registrado señales positivas, pero no para WIMPs con el mismo rango de propiedades. Peor aún, la señal de CRESST sugiere una WIMP con propiedades que habían sido descartadas antes por experimentos como XENON y CDMS, el último de los cuales tiene su sede en la mina Soudan.

“Está claro que es difícil reconciliar los resultados de CDMS, XENON, CRESST y otros experimentos de materia oscura con una única y simple interpretación de la materia oscura”, dice Jodi Cooley, físico de la Universidad Metodista del Sur en Texas, EE.UU., que trabaja en el experimento CDMS. ”Por tanto, esto nos deja una de dos posibilidades. O la materia oscura se comporta de una manera muy extraña que no entendemos, o los fenómenos de fondo en el experimento CRESST no se comprenden lo suficientemente bien. Para mí, estos resultados ponen de relieve la necesidad de tener experimentos que sean capaces de operar en un modo donde la sustracción del fondo no sea necesaria”.

No todos están de acuerdo. Las propiedades de una WIMP detectada son estimaciones, sujetas a cambios en base a diversos supuestos sobre el equipo utilizado. Esto lleva a algunos físicos a creer que los resultados positivos pueden reconciliarse.

Dan Hooper del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, cerca de Chicago en EE.UU., es uno de tales físicos. “Los nuevos resultados de CRESST son realmente muy emocionantes”, dice. “Parecen ser más o menos compatibles con las señales de las que informaron anteriormente las colaboraciones DAMA y CoGeNT. Los resultados nulos de CDMS y XENON introducen una cierta tensión en esta interpretación, aunque soy de la opinión de que podría surgir una imagen auto-consistente a partir de esta complicada situación”. No se pudo contactar con ningún miembro del equipo CRESST para hacer comentarios.

Se necesita más experiencia

Se necesitará tiempo para comprender si las señales de CRESST, en efecto, significan colisiones de WIMPs, y esto requiere una mejor comprensión del propio equipo detector. Sin embargo, los experimentadores tienen esperanzas.

“[La señal de CRESST] a mi parecer es consistente con un fondo ‘adicional’”, dice Alex Murphy, físico de la Universidad de Edimburgo, que trabaja en el experimento ZEPLIN de materia oscura en la Mina Boulby en el Reino Unido. “En el nivel de sensibilidad que están alcanzando los últimos detectores, el de las interacciones raras, implica que la dispersión múltiple, acumulación, regiones en los detectores parcialmente muertas, efectos de borde y combinaciones de todo lo anterior, empieza a cobrar importancia. “¡Incluso los ruidos de fondo tienen ruidos de fondo!”

physicsworld.com

Fuente: Ciencia Kanija