CDMS abre la caja y revela los resultados

Detectores CDMS

En el análisis de nuevos datos, los científicos del Experimento Criogénico de Materia Oscura (CDMS), dirigido por el Laboratotio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía, han detectado dos eventos que tienen características consistentes con las partículas que los físicos creen que forman la materia oscura.

No obstante, hay una posibilidad de que ambos eventos pudieran ser la señal de partículas de fondo – otras partículas con interacciones que imiten las señales de los candidatos a materia oscura. Los científicos tienen un estricto criterio al determinar si se ha realizado un descubrimiento. Debe haber menos de una posibilidad entre 1000 de que los eventos observados se deban al fondo. Este resultado no supera esta prueba, por lo que los experimentadores de CDMS no afirman haber detectado materia oscura. No obstante, el resultado ha provocado un considerable entusiasmo en la comunidad científica.

“Este es un resultado muy intrigante. Realmente no sabemos si ésta es una señal de fondo o real”, dijo Lauren Hsu, investigador del CDMS en Fermilab que anunció los resultados del experimento en una charla en el Fermilab el jueves. “Como experimentador siempre deseas tener más datos. Estoy realmente interesado en ver cuáles serán nuestros próximos resultados”.

La colaboración detalla los resultados en un artículo “Results from the Final Exposure of the CDMS II Experiment“, que han enviado a la pre-impresión de física de ArxiV para su publicación.

“Aunque este resultado es consistente con la materia oscura, también es consistente con el fondo”, dijo el Director de Fermilab Pier Oddone. “En 2010, la colaboración instalará un detector mejorado (SuperCDMS) en Soudan con tres veces la masa y menores fondos que los detectores actuales. Si estos dos eventos son, efectivamente, una señal de materia oscura, entonces el detector mejorado será capaz de decirnos de forma definitiva que hemos encontrado una partícula de materia oscura”.

Las observaciones astronómicas procedentes de los telescopios, satélites y medidas del fondo de microondas cósmico han llevado a los científicos a creer que la mayor parte de la materia del universo ni emite ni absorbe luz. Esta materia oscura puede haber proporcionado el tirón gravitatorio que se necesita para que la materia normal se agrupase en las galaxias que vemos hoy. En particular, los científicos creen que nuestra propia galaxia está incrustada en una enorme nube de materia oscura. De la misma forma que nuestro Sistema Solar gira alrededor de la galaxia, ésta se mueve a través de la nube.

Las teorías de la física de partículas sugieren que la materia oscura está compuesta de Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMPs). Los científicos esperan que estas partículas tengan masas comparables a, o tal vez más pesadas, que los núcleos atómicos. Aunque tales WIMPs raramente interactúan con la materia normal, pueden rebotar ocasionalmente, o dispersarse de, un núcleo atómico como bolas de billar, dejando una pequeña cantidad de energía que es detectable bajo las condiciones adecuadas.

El experimento CDMS, situado a 800 metros bajo el suelo en la mina de Soudan en el norte de Minnesota, ha estado buscando WIMPs desde 2003. El experimento usa 30 detectores hechos de cristal de germanio y silicio en un intento de detectar dispersión de WIMPs. Los detectores se enfrían a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. Las interacciones de las partículas en los detectores cristalinos depositan energía como calor y como cargas que se mueven en un campo eléctrico aplicado. Los sensores especiales detectan estas señales, las cuales son amplificadas y registradas para su posterior estudio. Comparando el tamaño y sincronismo relativo de las dos señales, los experimentadores pueden distinguir si la partícula que interactúa en el cristal era una WIMP o una partícula de fondo. Las capas de material aislante, así como los 800 metros de roca sobre el experimento, son usadas para evitar que la mayor parte de las partículas de fondo lleguen al detector.

Los anteriores datos de CDMS no arrojaron pruebas de las WIMPs, pero convencieron a los físicos de que los fondos se habían eliminado al nivel donde podrían haberse detectado al menos una interacción WIMP por año.

Los colaboradores de CDMS informan ahora de un nuevo conjunto de datos, tomado en 2007- 2008, el cual aproximadamente duplica la suma de todos los conjuntos de datos anteriores. Con cada nuevo conjunto de datos, los colaboradores debe evaluar cuidadosamente el rendimiento del detector, excluyendo los periodos en los que los detectores no funcionaban adecuadamente.

Los físicos evalúan el funcionamiento del detector exponiendo habitualmente al detector a dos fuentes de radiación: rayos gamma y neutrones. Los rayos gamma son la principal fuente de materia normal de fondo en el experimento. Los neutrones son el otro único tipo de partícula conocida que interactuará con los núcleos de germanio de la forma de bola de billar que lo harían las WIMPs. Los neutrones normalmente impactan en más de uno de los detectores, mientras que los WIMPs sólo impactarían en uno.

Los experimentadores usaron datos de estos estudios como línea base para determinar cómo de visible sería una señal de WIMP (producida por neutrones) sobre el fondo (producido por rayos gamma). Basándose en esta información, los físicos predicen que no más de un evento de fondo sería visible en la región de datos donde aparecería la señal WIMP. Dado que las regiones de fondo y señal se solapan un poco, lograr este nivel de fondo requirió que los experimentadores descartaran aproximadamente 2/3 de los datos que podrían contener WIMPs, debido a que los datos podrían contener demasiados eventos de fondo.

Los experimentadores de CDMS realizan el resto de su análisis de datos sin mirar la región de datos que podrían contener eventos WIMP. Esta es una técnica científica estándar, a veces conocida como “cegamiento”, que es usada para evitar el sesgo no intencionado que podría llevar a un científico a guardar eventos de fondo que tienen algunas características de las interacciones WIMP que realmente proceden de fuentes de fondo. Después de que los colaboradores hayan realizado estimaciones detalladas del “filtrado” de fondo a la región de señal WIMP, han ‘abierto la caja’, o mirado en esa región, y visto si hay presente algún evento WIMP.

Una señal de aproximadamente cinco eventos encajaría con el criterio para reclamar el descubrimiento. Con sólo dos eventos detectados en este conjunto de datos, hay aproximadamente una posibilidad entre cuatro de que estos se deban al fondo. Por tanto los experimentadores de CDMS no afirman haber descubierto WIMPs. Anteriores resultados han establecido un índice de interacción entre las WIMPs y los núcleos que varía dependiendo de la masa de las WIMP. El nuevo resultado mejora estos límites para WIMPs con una gran masa. Tales límites superiores son bastante valiosos al eliminar un número de teorías que podrían explicar la materia oscura. Por ejemplo, los resultados descartan algunos valores de parámetros que podría tener la teoría de supersimetría.

¿Qué es lo siguiente? Aunque los físicos podrían hacer funcionar el mismo cojunto de detectores en Soudan durante muchos años más buscando eventos WIMP, esto no aprovecharía los nuevos desarrollos en el detector y acabaría con la paciencia del experimentador más incondicional (por no mencionar a los teóricos). Una mejor forma de aumentar la sensibilidad a las WIMPs es aumentar el tamaño de los detectores que podrían ver las partículas, aunque aún manteniendo la capacidad de mantener el fondo bajo control. Esto es precisamente lo que los experimentadores de CDMS están ahora haciendo. Para el verano de 2010, los colaboradores esperan tener aproximadamente el triple de núcleos de germanio cerca del cero absoluto en Soudan, esperando pacientemente para proporionar las carambolas que ofrecerán una prueba inequívoca de la materia oscura.

Más información:

Eureka Blog
Francis The Mule News 1, 2 y 3



Autor: Rhianna Wisniewski
Fecha Original: 17 de diciembre de 2009
Enlace Original

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Comments (6)

  1. Gracias, Kanijo, por el enlace a mi blog al final del artículo. Dentro de un año, más o menos, el CDMS volverá a publicar nuevos datos y espero que incluyan nuevas detecciones. Dependiendo de su número confirmará el posible descubrimiento actual. Si ni el Tevatrón ni el LHC encuentran partículas WIMP antes, el modesto CDMS podría arrebatarles la gloria del descubrimiento de la materia oscura (que por otro lado para los astrofísicos y cosmólogos no hay ninguna duda de que existir, existe).

    • Gracias a ti por mantener la información sobre el tema estos últimos días. Debo reconocer que la forma en que se han “filtrado” las noticias antes de la publicación me ha tirado mucho para atrás a la hora de darle difusión a la noticia, tenía pinta de ser un bluff tremendo. Finalmente, ni una cosa ni otra, habrá que esperar a ver qué dicen posteriores resultados, aunque las noticias oficiales ya me dejan más tranquilo al respecto de que pueda haber algo interesante en esos resultados.

      Un saludo

  2. Interesantísimo pero, pongámoslo en cuarentena. ¿No será que se quiere quitar protagonismo al LHC? Es un poco curioso que, cuando éste último comienza a funcionar, aparezca la sombra de las WIPMs en el Fermilab.

    ¡Ya veremos!

  3. La verdad es que estos resultados del CDMS dejan un sabor de boca agridulce. Por un lado estamos ante uno de los descubrimientos más importantes de la historia pero solo con una probabilidad del 73% (como se explica en el blog de emulenews). Este porcentaje, aunque significativo, claramente no es suficiente para proclamar el descubrimiento de la materia oscura. Si estos 2 eventos encontrados no fueran causa del “ruido” éste descubrimiento podría significar nada menos que la identificación de la partícula que forma la materia oscura y posiblemente el descubrimiento de la supersimetría si se confirma que los eventos encajan con la partícula supersimétrica del neutrino (el neutralino). La hipotética partícula supersimétrica tendría una masa de unos 70Gev/c2.
    Por otro lado es evidente que tendremos que esperar a que el nuevo CDMS mejorado encuentre más eventos o que algún otro experimento optimizado para detectar partículas WIMP de entorno a 70Gev confirme o refute estos hallazgos.
    Como siempre tendremos que esperar… hay mucho en juego y lo de menos es el premio nóbel (aunque el equipo del CDMS puede no opinar lo mismo).

  4. [...] las partículas de materia oscura ocasionalmente. En diciembre, un grupo de detección subterránea informó de que podian haber visto dos eventos de colisiones de materia oscura – suficiente para lograr atención, pero no lo bastante para hacer una detección [...]

  5. [...] físicos que trabajan en el CDMS, un detector subterráneo en Minnesota, dijeron en diciembre que habían registrado dos potenciales señales de materia oscura. En ese momento tuvieron cuidado de señalar que los “resultados no podían interpretarse [...]

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