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15 de Abril de 2011
AstropartÍculas

No hay materia oscura en Gran Sasso

La colaboración XENON 100 no ha hallado aun indicios de materia oscura. Los datos imponen nuevos límites sobre la intensidad de las interacciones entre la materia oscura y la ordinaria.

La colaboración XENON 100, un detector subterráneo instalado en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso, acaba de publicar sus primeros resultados sobre la búsqueda de partículas de materia oscura. Durante 100 días de operacion, entre enero y junio de 2010, el laboratorio italiano no ha hallado indicios de la existencia de partículas que pudiesen ofrecerse como candidatas a componer la materia oscura, la misteriosa forma de materia que se cree que llena el universo en una propoción 6 veces mayor que la materia normal, pero cuya composición se desconoce. Los resultados imponen las cotas más severas hasta la fecha sobre las interacciones entre la materia ordinaria y la materia oscura:

XENON 100

La figura muestra los nuevos límites impuestos por los resultados de XENON 100 (la línea azul). En el eje de ordenadas se representa la sección eficaz de la interacción entre una partícula de materia oscura (de tipo WIMP - ver más abajo) con un núcleo atómico. La sección eficaz es una medida de la probabilidad de que dos partículas interaccionen cuando se cruzan (es decir, viene a medir la intensidad de la interacciones entre ambas). En el eje de ordenadas se representa la masa de la hipotética partícula de materia oscura. Como se desprende de la figura os resultados de XENON 100 rebajan los límites establecidos con anterioridad por otros experimentos.

Hasta ahora, la existencia de materia oscura se ha inferido a partir de sus efectos gravitatorios sobre las galaxias y otras a estructuras cósmicas a gran escala. Si bien existen numerosos procesos cosmológicos y astrofísicos que carecerían de explicación si no se introdujese "a mano" la materia oscura, hasta ahora nadie ha conseguido detectarla de manera directa. Por ello, se sabe que esta hipotética forma de materia no puede experimentar los efectos de la interacción electromagnética (por eso es "oscura"). Las partículas que la componen solo inetraccionarían con el resto de partículas conocidas mediante la interacción nuclear débil, además de la gravitatoria. Las principales candidatas a dar cuenta de este tipo de materia se conocen como WIMP, un tipo de partículas que vendrían a ser una versión muy pesada del neutrino.

Numerosos experimentos, entre ellos XENON 100, intentan detectar de manera directa las partículas tipo WIMP. Según las observaciones cosmológicas, estas tendrían que abundar en la galaxia en, por lo que, aunque no nos enteremos, estarían atravesándonos constantemente y, de vez en cuando, debería producirse algún choque entre una de esas partículas hipotéticas que nos rodean y un núcleo atómico.

El experimento XENON 100 trata de detectar esas colisiones. En particular, los expertos monitorizan el comportamiento de una gran cantidad de xenón líquido emplazado bajo tierra para evitar la interferencia con otros fenómenos. Si de repente observasen el retroceso de un núcleo (el desplazamiento de un átomo sin que aparentemente nada lo haya provocado), ello se interpretaría como el efecto de una colisión entre el núcleo y una partícula de materia oscura.

Durante este tiempo de observación, XENON 100 ha detectado tres retrocesos que apuntaban a una colisión contra partículas de tipo WIMP; es decir, tres sucesos cuya señal se encontraba por encima del ruido. Sin embargo, algo así no cuenta con la significancia estadística necesaria como para considerarse como un hallazgo. De momento, habrá que seguir esperando.

Artículo original de la colaboración XENON 100 en arXiv.

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