La no aparición de la materia oscura se enfrenta a la supersimetría

Artículo publicado por Eugenie Samuel Reich el 14 de abril de 2011 en Nature News.

El experimento XENON100 ha colocado los límites más estrictos hasta el momento sobre las propiedades de la materia oscura.

Tras meses de batallar contra la contaminación radiactiva que amenazaba con inundar su detector, la colaboración XENON100 ha logrado colocar los límites más estrictos sobre la detección de materia oscura. La no aparición, anunciada en un seminario en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia, coloca restricciones sobre la supersimetría, la alternativa principal al Modelo Estándar de la física de partículas.

Detector de XENON100


La materia oscura se cree que forma el 83% de la materia del universo, y un número de experimentos compiten por ser los primeros en detectar sus escasas interacciones con la materia común. XENON100 busca las partículas de materia oscura conocidas como partículas masivas de interacción débil (WIMPs) cuando pasan a través de la parte central de los 161 kilogramos de xenón líquido bajo 1,4 kilómetros de roca en Gran Sasso. Las partículas deberían producir carga eléctrica y señales de luz cuando colisionan con núcleos de xenón.

En un artículo publicado on-line, los investigadores de XENON100 informan de tres eventos detectados durante una ejecución de 100 días del experimento durante el año pasado que podría haberse debido a la materia oscura1. Sin embargo, dado que se esperaban observar entre 1,2 y 2,4 eventos de fondo – interacciones mayormente causadas por contaminación radiactiva en el xenón – su resultado es estadísticamente negativo y, por tanto, descarta la existencia de muchos de las WIMPs más pesadas y de interacción más fuerte.

“Por supuesto, esperábamos ver pruebas de la materia oscura y no fue así, pero tuvimos una alta sensibilidad”, dice la física de partículas Laura Baudis de la Universidad de Zúrich en Suiza, y líder del grupo en la colaboración XENON100. Baudis señala que la contaminación era mayor de lo esperado, y mayor que en una ejecución experimental anterior2, debido a una filtración en el experimento. Sin embargo, dice, aún es mucho menor que en muchos otros experimentos, y lo bastante baja para que el grupo confíe en sus hallazgos.

Los nuevos hallazgos restringen significativamente la supersimetría, una teoría que predice la existencia de una gran cantidad de partículas que los físicos están deseando detectar a través de las colisiones en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, el laboratorio de física de partículas europeo en Ginebra, Suiza. La más ligera de las partículas predichas por la supersimetría puede también ser una WIMP.

En su artículo, los investigadores de XENON100 informan de que sus resultados son el primer corte en la región de WIMPs más pesados que son también accesibles por el LHC. Baudis dice que esto también contradice los informes de WIMPs más ligeras que en el experimento de materia oscura DAMA, en Gran Sasso, y el experimento CoGeNT en la mina Soudan en Minnesota afirmaron detectar.

Límites de las WIMPs

Dan Hooper, físico teórico en el Fermilab en Batavia, Illinois, dice que está entusiasmado con los límites que ha colocado la colaboración XENON100 sobre las WIMPs más pesadas. Pero se pregunta si el detector es lo bastante sensible sobre las más ligeras como para desafiar los hallazgos de DAMA y CoGeNT. “Soy un poco más escéptico sobre eso”, dice.

Juan Collar, cosmólogo de la Universidad de Chicago en Illinois, que trabaja en CoGeNT, está de acuerdo. Dice que gran parte del problema reside en la calibración del detector de XENON100, que pasará a estudiar en detalle. “Los intentos anteriores de la colaboración XENON para calibrar la respuesta de su detector contenían errores de metodología”, comenta3. Sólo si su análisis confirma la calibración podría estar seguro de que el experimento está en conflicto con los resultados de DAMA y CoGeNT.

El registro anterior descartó las WIMPs que tenían cinco veces más posibilidades de interactuar con la materia común que los nuevos resultados, y se logró en 2010 por XENON100 y CDMS, otro experimento en la mina Soudan que busca WIMPs que impactan en núcleos de átomos de cristales de germanio.

El miembro de CDMS Sunil Golwala del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, dice que el último resultado de XENON100 es “impresionante”. Añade que la súbita tasa de progreso – mejorando las restricciones en un factor de cinco en sólo un año – es típica de este tipo de experimento, que es capaz de progresar rápido hasta que su nivel de fondo se acerca al nivel de la señal que se busca.  Este punto parece haberse logrado ya, por lo que, dice, mejorar mucho los resultados actuales requeriría la construcción de detectores más grandes, para dar a las WIMPs una masa de detección mayor con la que colisionar y generar una señal. La colaboración XENON100 espera que finalmente se aumente para usar hasta una tonelada de xenón, lo que sería 100 veces más sensible a WIMPs potenciales.

Otro experimento de xenón a gran escala que se espera que entre en funcionamiento a finales de este año, es en detector LUX, que buscará materia oscura usando 350 kilogramos de xenón líquido colocado bajo el Laboratorio Subterráneo Sanford en Homestake, Dakota del Sur. El físico de LUX Rick Gaistkell de la Universidad de Brown en Rhode Island, es optimista sobre los resultados de XENON100. “Desde nuestro punto de vista esto es muy emocionante debido a que estamos viendo un resultado de la nueva generación de detectores de xenón que es una mejora significativa sobre cualquier otra tecnología en competición”, dice, añadiendo que la sensibilidad de XENON100 augura unas buenas perspectivas de que LUX encuentre materia oscura – o la descarte.


Referencias:
1.- XENON100 Collaboration. Borrador en http://lanl.arxiv.org/abs/1104.2549 (2011).
2.- XENON100 Collaboration. Phys. Rev. Lett. 105, 131302 (2010).
3.- Collar, J. I. Borrador en http://arxiv.org/abs/1010.5187 (2010).

Autor: Eugenie Samuel Reich
Fecha Original: 14 de abril de 2011
Enlace Original

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Comments (29)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado por Eugenie Samuel Reich el 14 de abril de 2011 en Nature News. El experimento XENON100 ha colocado los límites más estrictos hasta el momento sobre las propiedades de la materia oscura. Tras meses de batal…..

  2. [...] La no aparición de la materia oscura se enfrenta a la supersimetría http://www.cienciakanija.com/2011/04/19/la-no-aparicion-de-la-ma…  por fernandoar hace 4 segundos [...]

  3. Todo esto empieza a ser muy preocupante. La física de partículas y la cosmología se encuentran en un atasco enorme que dura ya muchos años. ¿Donde están la materia oscura, la energía oscura, la supersimetría y las ondas gravitatorias? Casi todos los físicos coinciden en que deben de existir pero los experimentos no encuentran ni rastro de ellas. Recientemente los últimos datos del Tevatrón concluyeron que si la supersimetría existe no podría explicar el problema de la masa del Higgs (el principal motivo que convenció a los físicos de su existencia), ahora este nuevo resultado añade más restricciones y añade más incertidumbre sobre la existencia de la materia oscura. Si la supersimetría no existe, la física recibirá un golpe terrible: las extensiones del modelo estándar, las teorias de supercuerdas y el trabajo de miles de físicos durante décadas se irán a la basura.
    Si el “sector oscuro” no existe habrá que revisar y proponer nuevos modelos cosmológicos y si las ondas gravitatorias no existen habrá que modificar la relatividad general (si es que es posible).
    Nos queda la esperanza de que el LHC y Planck hagan nuevos descubrimientos que nos saquen de todo este embrollo. La buena noticia es que el LHC está funcionando mejor de lo esperado y los nuevos avances están al caer.

    • Hector04

      Yo no cero que sea preocupante, pues como sabes la ciencia es justamentes eso,
      tal vez a lo que te refieres es a lo preocupante que puede ser a los adherentes de las teorias de cuerdas, ya que por ejemplo la supersimetria sería requisito.
      Pero por ejemplo el hecho de que la gravedad no sea renormalizable debiera prepararnos para sospechar que los limites estan lejos de los intrumentos de esta generación talvez, como por ejemplo verificar la validez de la gravedad a pequeñas escalas o determinar si la energía oscura se comporta como un valor de constante cosmologica o no o incluso detectar una cuarta generación de particulas fundamentales(esta ultma tal vez sea alcanzable)
      Podemos hacernos estas preguntas porque los instrumentos son buenos, pero no demasiado para lo que necesitamos, a eso me refiero.
      Saludos

      • Tienes razón en lo que dices. Cuando usé la palabra “preocupante” me refería al hecho de que estos últimos datos al no favorecer los modelos teóricos más plausibles según la mayoría de físicos producirán posiblemente un retraso en las respuestas a las grandes preguntas y un replantemamiento de muchos modelos imperantes aunque como tú bien dices esto es la esencia de la ciencia.
        Es posible que peque de antropocéntrico o soberbio pero me gustaría que la ciencia obtuviera las respuestas a gran parte de estos interrogantes a lo largo de mi vida. Parece claro que las supercuerdas no van a ser la “teoría del todo” tan esperada pero muchos físicos tienen la sensación de que esta teoría tiene que jugar un papel importante en gravedad cuántica, si la supersimetría no existiese sería una tragedia para la física por la cantidad de tiempo y recursos perdidos (aunque no del todo por el avance de alguna rama matemática). De todas formas aún es muy pronto para descartar nada, puede que jamás conozcamos los secretos más profundos del universo, puede que tardemos siglos o puede que gran parte de ellos se descubran en este siglo de todas formas apuesto que los 4 que plantee arriba están a punto de ser contestados.

        • Pero es que no se trata de reafirmar lo que creemos cierto, si no de encontrar lo que es cierto independientemente de lo que ya sabemos. Si se confirma que hay que tirar para atras y buscar otros modelos, pues eso es un paso adelante.
          Vivimos tiempos fantasticos. En cuanto se produzcan un par de descubrimientos clave como los que has comentado, se desencadenaran muchos mas.

        • Gerardo

          Pues yo pienso exactamente lo contrario, EXCELENTE que se una vez por todas aparezca una prueba o al menos una duda razonable de que las cuerdas, la M o la supersimetria no existen, y así todo ese gran esfuerzo orientado (y posiblemente perdido) a esa linea investigacion se dirija en otra direccion.

          Tal vez ya alguien por ahi a propuesto algo distinto y su idea a quedado aplastada ante las ideas tercamente sostenidas por los “cuerdistas” (bueno, yo antes simpatizaba con la teoria M, pero si no es… no es)

    • pepito2

      Completamente de acuerdo. Yo ya desconfío de toda esa materia exótica que solo sale en las ecuaciones y que por otra parte tampoco está integrada en una teoría sólida y coherente. Hay una hipótesis alternativa con la que cada vez estoy más de acuerdo: que las únicas fuerzas primarias son las tres que recoge el modelo estándar y que la gravedad no es más que un efecto de segundo orden de las fuerzas anteriores, por lo cual no se necesitarían gravitones que la propagasen. Con lo cual nos quitaríamos de encima la supersimetría, la tería de cuerdas, la materia oscura, la necesidad de integrar la gravedad en la teoría estándar, etc. ¿Qué opináis de esta hipótesis?

  4. rscosa

    La energia oscura no existe, la materia oscura no existe, lo que si existe es un monton de ´fisicos´ dando palos de ciego.

  5. Eduardo

    Hay un tema que tiene que ver con todo esto y es el más grande problema de la física actual: el de la densidad de energía del vacío. Los cálculos teóricos difieren de las observaciones en al menos ¡10 a la 120 o sea un uno seguido de 120 ceros!!!. Es un error tan grosero como el viento de eter que no existía y que resolvió Einstein con sus teorías de la relatividad o como ese problemita de la radiación del cuerpo negro que resolvió Planck cocinando la fórmula apropiada y dando lugar a la mecánica cuántica.

    El problema es que los físicos no conocen el vacío (eso es lo que me contestó Maldacena hace un tiempo) y claro es que no parece que sea algo que tenga que atraer la atención.

    Parece que hace falta algún físico que encare ese problema de frente como Einstein lo hizo con el problema del eter, hasta ahora nadie se le anima.

    • Gerardo

      ¿Nadie se anima? SEGURO QUE TODOS ESTAN ROMPIENDOSE EL COCO TRATANDO DE VER DONDE ESTA EL PROBLEMA!

    • reneco

      El problema del vacío es similar al del agujero negro, no tenemos como interactuar con estos, uno desaparece al interactuar con el y el otro nos hace desaparecer al interactuar con el

  6. En mi blog también hablé de este tema: http://tinyurl.com/3mwybxd

    @planck dice: “Todo esto empieza a ser muy preocupante. (…) Si la supersimetría no existe, la física recibirá un golpe terrible. (…) La buena noticia es que el LHC está funcionando mejor de lo esperado y los nuevos avances están al caer.”

    ¿Preocupante? Yo diría que apasionante. La SUSY tiene más de 100 parámetros libres (el modelo estándar menos de 30). Es imposible que la SUSY sufra un “golpe terrible.”

    Lo preocupante sería que no hubiera proyectos en curso estudiando la física más allá del modelo estándar y del modelo cosmológico de consenso. Pero hay muchísimos.

    La década en curso 2010-2020 será recordada como una de las más apasionantes de la física del s. XXI, sin lugar a dudas.

    @Hector04 dice: “tal vez a lo que te refieres es a lo preocupante que puede ser a los adherentes de las teorias de cuerdas, ya que por ejemplo la supersimetria sería requisito.”

    En teoría de cuerdas la SUSY es un requisito a la escala de Planck. La energía a la se produce la ruptura de la SUSY es un grado de libertad que podemos ajustar fuera del rango de energías alcanzables por el LHC y por cualqueir otro colisionador futuro durante el s. XXI.

    @planck dice: “Tienes razón en lo que dices. Cuando usé la palabra “preocupante” me refería [a] un retraso en las respuestas a las grandes preguntas. (…) Pero me gustaría que la ciencia obtuviera las respuestas a gran parte de estos interrogantes a lo largo de mi vida. (…) puede que tardemos siglos.”

    A mí también me gustaría ver las respuestas, pero las revoluciones científicas no ocurren todos los días ni en todas las vidas.

    @rscosa dice: “existe es un monton de ´fisicos´ dando palos de ciego.”

    Mejor dicho, haciendo física, por eso son físicos.

    @Eduardo dice: “Parece que hace falta algún físico que encare [el] problema [de la energía oscura] de frente como Einstein lo hizo con el problema del eter, hasta ahora nadie se le anima.”

    No todos los días nace un genio. Y todos los genios necesitan un poso. Sin Maxwell no hubiera aparecido Einstein. Sin los problemas actuales nunca aparecerá un “nuevo Einstein” que los resuelva.

    Aparecer, aparecerá, pero es necesario que haya suficiente “poso” experimental y teórico, suficientes “pozos” experimentales y teóricos.

    • Gracias por tus comentarios Francis. Ya se que las SUSY no se descartarían totalmente si no se encontrasen en el rango de energías del LHC pero la hipótesis SUSY sufriría un golpe de credibilidad ya que muchos físicos piensan que el rango más probable para su existencia es el que explorará el LHC. De todas formas y a pesar de mis palabras un poco pesimistas (motivadas por la ansiedad y el deseo de nuevos descubrimientos) coincido contigo en que estamos en un periodo apasionante para la física y que la década en la que estamos pasará a la historia del conocimiento humano. !Y nosotros seremos testigos de ello y asimilaremos los nuevos conocimientos y sus consecuencias!

      • Tanathos

        Estupendo!! Serás testigo de ello, para acto seguido, un momento mas tarde convertirte en polvo y desaparecer. Como además eres ateo, será tremendamente divertida la conclusión de todo esto…. Un trozo de polvo va a ser testigo de nada en un fragmento minúsculo de tiempo :) Es normal que tus palabras sean pesimistas, no vas a entender absolutamente nada…

        • Bueno no exactamente. Dentro de 30 años las neurociencias, las ciencias de la computación y la computación cuántica habrán avanzado lo suficiente para que sea posible transferir a una red neuronal artificial que previamente ha sido formada con la arquitectura exacta de mi cerebro el contenido del mismo: memoria, recuerdos, etc. La red neuronal funcionará igual que mi cerebro: tendrá mis recuerdos, mis deseos, mi forma de pensar y residirá temporalmente en un entorno virtual a la espera de que un nuevo cuerpo, creado a partir de células madre, albergue mi cerebro y vivir así todo el tiempo que quiera. Mientras tanto viviré feliz en un entorno virtual creado a mi medida.
          ¿Que te parece? ¿Sería esto la pesadilla de un creyente no? ¿Violaría esto el ciclo “natural” que dios “ha creado”?
          Bueno, probablemente yo no vaya a ser testigo de esto, pero quizás mis nietos sí. Mis aspiraciones son mucho menos ambiciosas: vivir una vida plena en lo personal, intentar conseguir mis aspiraciones profesionales y comprender y disfrutar de los avances de la ciencia.
          Supongo que tu aspiración como creyente será pasar todo esto como una “mera transición” y luego disfrutar con dios de la vida eterna. De todas formas acepta un consejo: intenta disfrutar también de la vida terrenal por si acaso :D

          • reneco

            Me temo mucho que el cerebro humano e incluso el animal, es mucho mas que un conjunto de redes neuronales o cualquier tipo de algoritmo que podamos duplicar y al ritmo como avanza la ciencia para entender este sistema tan complejo no espero tener resultados ni en 30 ni en 100 ni en 200 años.
            Y retomando un poco a la crítica creo que la física actual se está llenando de excelentes matemáticos pero pocos físicos con percepción e intuición del mundo que nos rodea y esto es lo que nos está retrasando en el entendimiento de nuestro universo

  7. OzzyBulla

    Lo que yo no veo e spor donde la inexistencia de las “oscuridades” (materia y energía, que para mi siempre han sido muletas para una teoria de la gravedad que no funciona) negaría la supersimetría. De hecho, he leido a mas de un cuerdista, incluyendo al “jefe” no estar muy convencidos de la materia oscura

    • La inexistencia de la materia oscura no descartaría la supersimetría. Lo que sucede es que la partícula supersimétrica más ligera que sería estable y que podría ser una WIMP (partícula de interacción débil) sería un buen candidato a ser la materia oscura del universo. Si la materia oscura no existe evidentemente ya no haría falta la supersimetría para explicarla pero eso no significa para nada que se descarte la supersimetría.

      • OzzyBulla

        Wow; gracias. No es fácil ser tan claro y sintético. Apuesto que le puedes explicar la relatividad general a mi abuela ;)

        • je je gracias OzzyBulla. No te creas, no es tan fácil, una vez intenté explicar a mi madre que el tiempo, para el que viaja cerca de la velocidad de la luz pasa más despacio que para el resto y me respondió que por eso, cuando viaja lejos en coche se le hace tan largo :D

  8. Algo MUY GORDO puede estar “cociéndose” en el análisis de los nuevos datos del LHC. Hay que ser cautos pero parece que hay un rumor de nueva física y de un Higgs de 115 Gev/c2. Si se confirma esto significaría el comienzo de la gran revolución científica que tanto tiempo llevamos esperando: Rumor: Atlas podria haber observado el boson de higgs a 4 sigma

  9. Eduardo

    Francis, no me haga decir lo que no dije. Me refería a entender el vacío que es cuántico y el problema de la densidad de energía del vacío. El asunto lo conocí por el artículo de Larry Abbot (espero escribir bien su apellido) titulado “El misterio de la constante cosmológica” en Investigación y Ciencia (versión en castellano de Scientific American) del año 1988 (no recuerdo el mes). El gran agujero en el conocimiento de los físicos es naturalmente…el del vacío. ¿A quién se le puede ocurrir ocuparse del vacío? Pero ocurre que el vacío cuántico no está vacío.

  10. humberto

    Creo que toda esta matematica es buena, pero estamos alejandonos del metodo antiguo de pensar fisicamente basado en principios fisicos a nuestro alcanse, yo se por problemas economicos… y la fe que nos han dado algunos calculos anteriores…pero esta faltando imaginacion fisica, porque si de fe se trata la mejor la a dado: que de tras de cada erredo cientifico la explicacion siempre ha sido mas sencilla que los planteamientos y ya esto pasa de lo sencillo a supersupertisioso…

  11. humberto

    Yo tengo mi teoria desde hace mucho tiempo pero estaba esperando mas informacion; porque es escandalosa cientificamente, pero tal y como van las cosas, veo mas escandalos venir que lo que yo he creado. En mi teoria se le dan respuestas fisicas a muchos problemas fenomenologicamente sin complicarme en las matematica que de por si empiezan muy exactas y despues ni los cerebros ni las computadoras resuelven con mucha claridad. Todo a base fenomenologia y geometria descrictiva y que despues vengan los teoricos y la compliquen pero primero la explicacion de todo con logica experimental….

  12. humberto

    Voy a esperar yo tambien hago acto de fe hacia las matematicas, porque en el fondo sigue siendo el unico lenguaje que sintetiza las leyes naturales a unos pocos simbolos, pero de verdad los experimentos me estan dando mas optimismo cada dia a publicar… Se todo el adelanto que trae un acelerador de 15 000millones…., pero este se creo por Higgs, digan ahora lo que digan y justifiquen lo que justifiquen, todos querian arreglar ese relajo de particulas y resonancias con valores de masas que parece que se las otorgaron igual que cuando se reparte un juego de cartas…lo demas eran experimentos de carambolas, que por si solo no justifican la inversion, al no ser que usted investigue en ese tema… Pero las masas, las cargas, los espines, asi como la gran estabilidad en el tiempo de algunas particula, son los mejores datos que tenemos; amarrados y no debemos despreciarlos y decir que no son propiedades fundamentales y que las fundamentales estan en nuestros calculos, porque lo que esta pasando que cada ves que buscan una explicacion elemental a esto que es nucleo del problema(el relajo de reparticion de masa y equilibrio temporal) aparesen mas particulas, colores, gluones…que las hacen menos elementales, bonitas y elegantes como siempre nos a acostumbrado la fisica hasta los dias de hoy…y eso hay que tenerlo en cuenta y hacer acto de fe porque nunca la fisica lo ha violado…lo demas principios son hasta dicutibles, pero la explicacion sencilla ;fenomenologicamente hablando, de las leyes naturales nunca nos las han negado, y simpre le hemos agregado mas cosas de las que eran…

  13. Eduardo

    Hay otro problemita. No se arregla sólo con matemáticas posiblemente con lógicas, aparte de la usual (bivalente).

    En su fundamentación de la mecánica cuántica en 1936 Von Neumann realizó con Garrett Birkhoff un trabajo en que mostró que los sucesos cuánticos pueden expresarse en retículos (una construcción matemática) y que la relación en esos retículos guardaba una lógica distinta a la bivalente a la que denominó lógica cuántica. Con ese procedimiento se ha podido mostrar que los sucesos de nuestro mundo clásico que responden a la mecánica de Newton pueden expresarse en un retículo que guarda las relaciones de la lógica bivalente.

    Aunque parece que no se hizo un retículo para los sucesos relativistas un físico teórico al que le pregunté a qué logica podía responder la relatividad, me contestó que posiblemente era la habitual: la bivalente. Luego el problema de la unificación: teorías cuánticas y la relatividad general ¡resultaría ser un problema de lógicas distintas!. Y nadie quiere reconocerlo!!!.

    Si lo del vacío (problema de la densidad de energía del vacío o el valor de la constante cosmológica) no se tiene muy en cuenta, esto otro ¡menos que menos!

  14. [...] diez veces la masa del protón, dicen Katherine Freese de la Universidad de Michigan en Ann Arbor. Recientes resultados de otros experimentos parecen estar en conflicto con el experimento, pero pueden no ser tan sensibles como COGENT a las [...]

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