Ciencia Kanija

COUPP en el Fermilab

Las cámaras de burbujas, que se usaron por primera vez en los años 50 para detectar eléctricamente partículas cargadas, podrían sonar a algo que pertenece a los libros de historia de la física de partículas. Ahora, sin embargo, físicos del experimento Observatorio Subterráneo Chicagoland para Física de Partículas (COUPP) de los Estados Unidos han resucitado tal técnica para buscar materia oscura. Aunque sus experimentos de cámara de burbujas han fallado en encontrar partículas de materia oscura, los resultados nulos han impuesto nuevos límites a partículas masivas de interacción débil (WIMPs), que son el principal candidato a materia oscura.

El equipo de COUPP también dice que sus resultados arrojan más dudas sobre las afirmaciones hechas en 1998 por los miembros del experimento Materia Oscura (DAMA) en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia sobre haber observado WIMPs. El equipo de DAMA — que usó un gran conjunto de detectores de sodio-yodo situados a 1400 metros bajo tierra — insiste en que es imposible hacer una comparación directa entre ambos experimentos.

Invisible a los telescopios

La materia oscura se propuso por primera vez hace 70 años para explicar la anormalmente alta velocidad de rotación de las galaxias, las cuales de otra manera se desmembrarían si no contuviesen una vasta cantidad de masa oculta que proporcionase “pegamento gravitatorio” extra. Es fundamentalmente distinta de la materia “luminosa” normal tal como las estrellas y es invisible a los telescopios modernos, no emitiendo luz ni calor, y parece interactuar sólo mediante la gravedad.

Los físicos creen que los WIMPs podrían interactuar con la materia ordinaria a través de distintos mecanismos ya sean dependientes o independientes del espín nuclear de los átomos de la materia ordinaria. Aunque distintos experimentos parecen haber descartado la posibilidad de que las observaciones de DAMA procedieran de interacciones independientes del espín, aún podrían explicarse a través de mecanismos dependientes del espín. Ahora la posibilidad parece hacer sido descartada por los últimos resultados de COUPP.

Estado súper-caliente

El experimento COUPP, que está situado a aproximadamente 100 m bajo tierra en un túnel del Fermilab, consta de una jarra de vidrio rellena de un litro de CF³I – un líquido que normalmente se usa para apagar fuegos (Science 319 933). El líquido se calienta justo por debajo de su punto de ebullición, en ese punto se retrae un pistón, el cual hace que la cámara se expanda. Esto reduce la presión del fluido, dejándolo en un estado súper-caliente.

Si un WIMP colisiona con un núcleo en el fluido, el núcleo que retrocede calienta el fluido a su alrededor, el cual hierve y se forma una diminuta burbuja. La burbuja se hace mayor conforme la cámara se expande hasta que es lo bastante grande – aproximadamente de un milímetro de tamaño – para ser fotografiada por cámaras digitales.

Las diminutas burbujas se hacen grandes

COUPP busca colisiones de WIMP casi todo el tiempo. Realizando un análisis estadístico de las burbujas en un gran número de fotografías, el equipo dicen que pueden calcular las que son causadas por la materia oscura y las que están causadas por la radiación de fondo tales como las partículas alfa emitidas durante el decaimiento radiactivo del radón. Al contrario que en las viejas cámaras de burbujas y en las técnicas de búsqueda más modernas de materia oscura, COUPP es insensible a la mayor parte del resto de tipos de radiación de fondo tales como los muones, rayos gamma y rayos-X.

Si los resultados de DAMA se debían a WIMPs dependientes del espín, entonces los investigadores de COUPP deberían haber encontrado cientos de WIMPs. En lugar de esto, no han encontrado nada aparte de radiación de fondo. “Estos resultados establecen la cámara de burbujas como una nueva técnica competitiva en la búsqueda de WIMPs como candidatos a la materia oscura”, explica Peter Cooper del Fermilab que es científicos senior en COUUP. “También se contradice con las observaciones que afirma DAMA de la última región que aún no han sido excluidas por otras búsquedas de materia oscura”, comentó.

DAMA no está de acuerdo

Sin embargo, Rita Bernabei de la Universidad de Roma — portavoz del experimento DAMA — no está de acuerdo con esta conclusión. “Es imposible hacer una comparación directa entre los resultados de COUPP y DAMA”, dijo a physicsworld.com. “En particular, COUPP usa diferentes materiales diana y aproximaciones que DAMA. También apunta que COUPP aborda tan solo uno de los posibles modelos de interacciones dependientes del espín, mientras que los resultados de DAMA no estaban ligados a ningún modelo específico de interacción — dependiente del espín o cualquier otro.

COUPP no es el primer experimento que pone en duda los resultados de DAMA y otras búsquedas de materia oscura desde 1998 han fallado en dar como resultado tales partículas. Sin embargo, Bernabei cree que al igual que COUPP, estos experimentos usaron dianas y aproximaciones distintas a DAMA y por tanto no contradicen sus hallazgos.

Interacciones independientes del espín

Auqnue COUPP ha hecho un impresionante trabajo al eliminar la radiación de fondo, es relativamente insensible a las interacciones independientes del espín, las cuales se piensan que son mucho más dominantes que la dispersión dependiente del espín. Como resultado, algunos físicos han sugerido que este no es un paso adelante significativo en la detección de WIMPs — al contrario que otros experimentos contemporáneos como XENON10 en Italia; CDMS en los Estados Unidos; y ZEPLIN-II en el Reino Unido.

Cooper y sus colegas de COUPP están ahora trabajando para incrementar la sensibilidad incrementando la cantidad de líquido a 30 litros en la cámara de burbujas, y esperan empezar pronto a probar esta cámara más grande en el Fermilab.

“El camino hacia una cámara de burbujas mucho mayor está claro y actualmente en desarrollo”, dice Cooper. “Planeamos operar con 100Kg de masa sensible en un año. Las limitaciones finales de esta técnicas serán sólo la capacidad para controlar las radiaciones de fondo”.

Esta entrada fue escrita el Miércoles, 20 de febrero de 2008 a las 9:32 am y archivada en Fí­sica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.