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  • 04/11/2013

Astropartículas

LUX no ve partículas de materia oscura

Un nuevo experimento impone límites muy estrictos a la existencia de partículas ligeras de tipo WIMP.

Colaboración LUX

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Tubos fotomultiplicadores del experimento LUX, emplazado en una mina de oro abandonada a más de un kilómetro y medio de profundidad en Dakota del Sur. [Matt Kapust, Sanford Underground Research Facility.] 

La colaboración responsable del experimento LUX, un nuevo detector dedicado a la búsqueda de partículas de materia oscura, anunció la semana pasada los resultados correspondientes a sus primeros tres meses de toma de datos. Con una sensibilidad que en cierta región del espacio de parámetros supera en 20 veces a la otros experimentos similares, sus datos ponen en una posición muy difícil a la hipótesis de que la misteriosa materia oscura se componga de partículas de tipo WIMP ligeras, de pocas decenas de gigaelectronvoltios (GeV).

Los resultados de LUX parecen invalidar los de otros experimentos similares que, en los últimos años, habían obtenido controvertidos indicios en sentido contrario. En caso de ser correctos, el experimento LUX debería haber observado unos 1600 sucesos correspondientes a la interacción de partículas de materia oscura con el detector. Muy al contrario, las señales registradas por el nuevo experimento resultan perfectamente compatibles con el ruido estadístico de fondo.

Hace ya tiempo que los físicos cuentan con muy buenas razones para pensar que las estrellas y las galaxias que pueblan el cosmos no suponen más que el 15 por ciento de toda la materia existente en el universo. El 85 por ciento restante no se compondría de materia normal, sino de una misteriosa sustancia que no absorbería ni emitiría luz.

Aunque completamente invisible, la existencia de dicha materia «oscura» puede inferirse a partir del intenso efecto gravitatorio que ejerce sobre las estrellas y las galaxias. La Vía Láctea, en particular, se hallaría inmersa en una gigantesca nube de partículas de materia oscura, las cuales nos estarían atravesando en estos momentos sin que nos diéramos cuenta. Su naturaleza, sin embargo, resulta completamente desconocida.

Según la hipótesis más extendida, las partículas de materia oscura solo interaccionarían con la materia ordinaria mediante la interacción gravitatoria y mediante la fuerza nuclear débil. Tales partículas reciben el nombre de WIMP (por las siglas inglesas de «partículas masivas que interaccionan débilmente»). En términos simplificados, pueden imaginarse como una versión muy pesada del neutrino.

Instalado en el laboratorio subterráneo de Sanford, en Dakota del Sur, y a más de un kilómetro y medio de profundidad, el detector LUX contiene de 370 kilogramos de xenón líquido. A su paso por el instrumento, las partículas de tipo WIMP deberían chocar de vez en cuando con algunos de los núcleos atómicos de la muestra y provocar en él un ligero retroceso. A su vez, ese proceso desencadenaría la emisión de electrones y fotones, los cuales deberían ser detectados por los sensores de LUX. Dicho efecto, sin embargo, no ha sido observado.

La sensibilidad del experimento LUX es máxima para partículas de materia oscura con una masa de unos 33 GeV; es decir, unas 35 veces más pesadas que el protón. En caso de existir y poseer dicha masa, los nuevos datos implican que la sección eficaz de su choque con un nucleón (la magnitud empleada por los físicos para cuantificar la intensidad de una interacción) debería ser inferior a 10–45 centímetros cuadrados, una cifra que la mayoría de los expertos consideran muy antinatural. LUX se perfila así como el detector de partículas de materia oscura de tipo WIMP más sensible construido hasta la fecha. Se prevé que sus operaciones continúen durante los próximos dos años.

El artículo técnico de la colaboración LUX se encuentra disponible en el repositorio arXiv. Más información en la página web del laboratorio Sanford, Science Now y Nature News.

—IyC

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