Category Archives: WIMPs

¿Oscuro y vacío destino final?

Proponen un nuevo modelo de energía oscura que predice un Cosmos futuro aún más vacío y aburrido que lo que se asumía.

Simulación a gran escala del Universo en la que se ven los filamentos de materia oscura. Fuente: John Wise, Tom Abel, Ralf Kaehler, Universidad de Stanford.

La idea que tenían en el medioevo sobre el Universo era muy distinta de la que tenemos ahora. Incluso a principios del Siglo XX desconocían muchas cosas que conocemos nosotros en este nuevo siglo. Incluso el gran divulgador de la Astrofísica que fue Carl Sagan se murió sin saber de la existencia de la energía oscura, concepto que ha cambiado radicalmente la visión que tenemos sobre el Cosmos.

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Nuevas propuestas para detectores de WIMPs

Proponen dos nuevos sistemas para detectar las supuestas partículas que componen la materia oscura del Universo.

El ser humano lleva varias décadas intentando encontrar las partículas que forman la materia oscura sin mucho éxito. Se han instalado varios experimentos en minas profundas para así detectar estas hipotéticas partículas, a salvo de los rayos cósmicos que generarían tanto ruido en la señal que impediría reconocer la supuesta marca producida cuando muy raramente una de estas partículas interaccionan con la materia ordinaria. A estas partículas débilmente interactuantes de materia oscura se les ha denominado WIMP según sus siglas en inglés.

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¿Está compuesta la materia oscura por neutrinos?

Un par de trabajos sugieren que los neutrinos tienen mayor masa de lo pensado y tendrían una gran contribución a la materia oscura.

A estas alturas todos conocemos el problema de materia oscura, esa masa que no vemos y que altera la rotación de las galaxias o contribuye al fenómeno de lentes gravitatorias. Normalmente se propone la existencia de partículas exóticas que den cuenta de esa masa, que es mucho mayor que la masa de la materia visible.
A veces se ha propuesto que sean los neutrinos los que hagan la materia oscura, al fin ya la cabo no interactúan prácticamente con la materia ordinaria. Para poder detectar alguno de los millones de neutrinos que nos atraviesan constantemente se usan miles de números de Avogadro de átomos corrientes y se espera a alguna interacción en un sitio aislado de la radiación natural. Esta baja interacción se debe a que los neutrinos sólo interaccionan con la materia ordinaria a través de la fuerza nuclear débil o la gravedad (que es la más débil de todas las fuerzas).
Hay tres tipos o “sabores” de neutrinos, cada uno asociado al electrón, al muón y al tau. Además, desde hace un tiempo, se ha propuesto la existencia de un cuarto neutrino que no interaccionaría con la materia ordinaria ni siquiera a través de la fuerza nuclear débil, sino que sólo interaccionaría con el resto de los neutrinos y con la gravedad. Tampoco sería capaz de cambiar su sabor. Los neutrinos estériles son un concepto puramente teórico, a diferencia de los otros tres tradicionales, que sí se han observado.

Neutrino mass and effective number constraints, labeled as in Fig. 1 (× indicates the ML model, + its shift from a 9% cluster mass increase). Bottom: S? sterile case for Td (left) and Ad (right). The region excluded by the msDW<7??eV prior is left of the dashed line. Top: A? active case for Td (left) and Ad (right). In all cases the minimal ?m?=0.06??eV, Neff=3.046, and ms=0 is highly excluded.

Neutrino mass and effective number constraints, labeled as in Fig. 1

En un principio se creía que los tres neutrinos tradicionales carecían de masa, pero el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos que hace que unos tipos se transformen en otros (y que resuelve el problema de la paradoja de los neutrinos solares) nos dice que tienen alguna masa. Esta masa es muy pequeña, con una cota inferior es de 0,06 eV. Pero nadie sabe su masa real. Si tuvieran una masa pequeña, pero muy por encima de esa cota, entonces podrían dar cuenta de la materia oscura, pues la cantidad de neutrinos (principalmente primordiales) es inmensa. Por el contrario, si tuvieran una masa un poco superior a esos 0,06 eV, entonces su contribución a la materia oscura sería despreciable.
Una manera de medir la materia oscura es analizando el fondo cósmico de microondas (FCM), que se corresponde a la luz emitida al cabo 380.000 años tras del Big Bang. El FCM contiene pequeñas irregularidades que dan cuenta de varios aspectos del Universo y que permiten testar los distintos modelos cosmológicos. También permite determinar la cantidad de materia oscura.
La distribución de las irregularidades es un reflejo de las fluctuaciones en densidad de materia que había tras el Big Bang. Fue precisamente en donde la densidad era mayor en donde la gravedad pudo actuar y crear más tarde los cúmulos de galaxias. Si se analiza la distribución de cúmulos en una época posterior y se comparan con las irregularidades del FCM se observa que no coinciden del todo. Pero, usando ciertos modelos, se puede deducir, usando la masa que tendrían que tener los neutrinos para que todo encajara.
Al principio del Universo, los neutrinos se moverían a velocidad relativista y no serían agrupados por la fuerza de gravedad. Pero una vez el Universo se enfrío lo suficiente, los neutrinos se moverían más despacio hasta agruparse al igual que la materia normal. El número de cúmulos de galaxias sería un reflejo de la masa de los neutrinos. Cuanto más masivos más contribuirían a la materia oscura.
En un artículo publicado recientemente Richard Battye (University of Manchester) y Adam Moss (University of Nottingham) se analizan los datos del FCM aportados por las misiones WMAP y Planck usando la idea antes expuesta y se llega a la conclusión de que la contribución de los neutrinos podrían dar cuenta de la materia oscura. Algo similar han hecho Mark Wyman (University of Chicago) y sus colaboradores.
En ambos casos proponen dos posibilidades. En la primera los tres neutrinos tradicionales tendrían una masa de 0,32 eV y 0,39 eV respectivamente, con barras de error que tienen una intersección común.
En la segunda sugieren la participación de neutrinos estériles en el escenario. Dependiendo del modelo usado se asigna una masa al neutrino estéril de entre 0,3 eV y 0,5 eV. Al parecer, esta segunda opción encaja mejor que la primera con los datos experimentales.

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Ni rastro de WIMPs

Los primeros datos de LUX descartan la existencia de WIMPs con una masa por debajo de 33 GeV/c2.

Había una gran expectación sobre lo que se publicaría sobre los resultados del experimento LUX (Large Underground Xenon) de búsqueda de materia oscura acerca las medidas tomadas en sus primeros 90 días de funcionamiento. Los resultados que se acaban de hacer públicos son compatibles con la inexistencia de partículas de materia oscura con masas menores de 33 GeV/c2. Es un varapalo para la esperanzas de detectar este tipo de partículas, pues había indicios experimentales que apoyaban esta posibilidad.

Title:  Separating signal from noise Description:  The LUX detector is lined with white teflon to better gather faint signals of light that will be recorded by the photomultiplier tubes. Water — 70,000 gallons of it — provides further protection from background radiation.

Title:
Separating signal from noise
Description:
The LUX detector is lined with white teflon to better gather faint signals of light that will be recorded by the photomultiplier tubes. Water — 70,000 gallons of it — provides further protection from background radiation.

Como ya sabemos, la materia oscura constituye una gran parte de la masa del Universo, ya que las observaciones astronómicas sugieren que debe existir esa materia oscura que ni emite ni bloquea la luz. Pero esta materia no parece interaccionar con la materia ordinaria (ni obviamente con la luz) y de hecho todavía no hemos detectado directamente las partículas que la componen directamente. Por esta razón se ha llamado partículas débilmente interactuantes, o WIMPs, a las supuestas partículas que componen la materia oscura. Resultados teóricos y experimentales sugieren que o bien estas partículas tienen baja masa o tienen alta masa.

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