El segundo día de Moriond 2012 se ha dedicado a la materia oscura

Materia oscura en el cúmulo de galaxias de Abell 520. Más información en http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/dark-matter-core.html.

Todo parece indicar que el día más interesante en Moriond 2012 será mañana miércoles, cuando se publiquen los resultados finales sobre el Higgs en los experimentos del Tevatrón en el Fermilab. Ayer lunes las presentaciones se centraron en la materia oscura. Por ahora lo único que sabemos de la materia oscura es que gravita y que hay materia oscura en lugares donde no hay materia ordinaria. La imagen compuesta que abre esta entrada, el cúmulo Abell 520, muestra la materia oscura en azul y la ordinaria en naranja; por qué están desacopladas, nadie lo sabe (más info en español en Kanijo, “El extraño comportamiento de la materia oscura confunde a los astrónomos,” Ciencia Kanija, 5 marzo 2012, traducción de un artículo de Andy Fell en UC News). En la imagen de abajo, el cúmulo de la bala, se interpreta que la materia oscura y la ordinaria están desacopladas porque hay dos cúmulos galácticos en colisión, pero esta explicación no parece funcionar con Abell 520; habrá que esperar a mejores simulaciones astrofísicas para entender lo que nos muestra el telescopio espacial Hubble.

Dos cúmulos galácticos en colisión con la materia oscura desacoplada de la ordinaria. Más información en http://en.wikipedia.org/wiki/Bullet_Cluster.

Para la mayoría de los astrofísicos de partículas, la materia oscura está formada por partículas que no interaccionan electromagnéticamente. La búsqueda de estas partículas es uno de los temas estrella en Moriond 2012. La explicación mejor considerada es la partícula supersimétrica más ligera (LSP) que actuaría como una partícula con masa que interacciona débilmente (WIMP) con la materia ordinaria, de ahí que esté desacoplada en los cúmulos que ilustran esta entrada. La mayoría de los experimentos que buscan pruebas directas de la existencia de la materia oscura muestran resultados negativos, o al menos no concluyentes. La excepción es DAMA, que ha encontrado una modulación anual cuyo origen podría ser el movimiento de la Tierra a través de la materia oscura galáctica; la mayoría de las presentaciones en Moriond 2012 se han centrado en cómo cada experimento confirma o refuta este resultado de DAMA. Por ejemplo, Nader Mirabolfathi nos informa que CDMS II (Cryogenic Dark Matter Search), experimento situado en la mina Soudan, Minnesota, EE.UU., no ha observado ninguna modulación anual; habrá que esperar a SuperCDMS SNOlab que será un orden de magnitud más sensible. Por el contrario, Michael Marino nos informa uqe CoGeNT (Coherent Germanium Neutrino Technology), también situado en la mina de Soudan, sí ha observado la modulación anual; además, los últimos resultados confirman que no es debida al flujo de muones en los rayos cósmicos; el experimento sigue tomando datos y muchos aún no han sido analizados. Josef Pradler discute este asunto en más detalle; la correlación estadística entre las modulaciones de DAMA y CoGENT es muy fuerte; por otro lado, no hay correlación con la modulación anual del flujo de muones de los rayos cósmicos medida por LVD (Large Volume liquid scintillator Detector) en Gran Sasso, cerca de Roma. Jeter Hall ha discutido los resultados de COUPP y Seung Cheon Kim los de KIMS, nada reseñable, por ahora, en mi opinión.

Maxim Pospelov discute los diferentes modelos teóricos (y las diferentes partículas) que pueden explicar la materia oscura; la más curiosa son los modelos exóticos del bosón de Higgs. Tsvi Piran discute los límites astrofísicos para las violaciones de la invarianza Lorentz en la escala de energía de Planck; los mejores límites actuales apuntan a que estas violaciones no se dan por debajo de 1019 GeV y con toda seguridad no por debajo de 0,5 × 1018 GeV; los aficionados a afirmar que Einstein está equivocado deberían conocer en detalle estos resultados astrofísicos. La búsqueda de axiones en CAST nos la cuenta Papaevangelou; tras doce años de búsqueda no se ha encontrado nada.

El lunes por la tarde varias charlas se dedicaron a la física de los mesones B y la violación de la paridad. La parte teórica la discute Alexander Lenz en “Theoretical update on B-mixing“; los cálculos teóricos (más allá de NLO) son muy complicados y la incertidumbre en el resultado es grande, aún así parece que el modelo estándar suprime este efecto, por lo que su análisis experimental podría apuntar a nueva física. Los resultados experimentales de LHCb tras analizar todas las colisiones de 2011 apuntan en la misma dirección, las violaciones CP en la mezcla de mesones Bs está fuertemente suprimida, confirmando el modelo estándar y eliminando posibles incertidumbres al respecto obtenidas en los experimentos del Tevatrón (D0 y CDF); nos lo ha contado Peter Clarke en “LHCb Results on CP Violation in Bs Mixing;” el resultado clave se muestra en la figura de abajo; sobran las palabras. Todas las señales observadas en DZero y CDF eran una falsa alarma, como también nos recuerda Ulrich Haisch en “New physics in Bs mixing and decay;” el modelo estándar sigue tan robusto como siempre. LHCb tiene un gran programa para la búsqueda de cosas “raras” en la física de los mesones Bs como nos cuenta el español José Ángel Hernando Morata (Universidade de Santiago de Compostela), on behalf of the LHCb collaboration, “Rare decays in LHCb.” Recomiendo la lectura de “El experimento LHCb abre la puerta a la comprensión de por qué la materia venció a la antimateria,” CPAN Ingenio, 1 marzo 2012, para más información en español sobre LHCb.

Las transparencias de algunas de las charlas del lunes por la tarde aún no están disponibles, igual que las de hoy martes por la mañana. Las otras que están disponibles ahora mismo me han parecido menos interesantes.

PS: Más información técnica sobre los resultados de LHCb presentados en Moriond 2012 en la página web de este experimento. Resumiendo en español:

5 March 2012 (1): Search for New Physics, an important milestone. [ Branching ratio B0s →μμ < 4.5×10-9 at 95% CL ]” nos informa que la frecuencia de desintegración del mesón Bs en un par de muones de carga opuesta es menor de 4,5 milmillonésimas, compatible con el valor predicho por el modelo estándar de unas 3 milmillonésimas (más´información en CERN Press Release, CERN Bulletin article, CERN Quantum Diaries blog y en el LHCb staff page).

5 March 2012 (2): Heavier strange-beauty lives longer and improved φsmeasurements. [ φs = -0.002 ± 0.083 ± 0.027 rad]” nos informa de la confirmación del modelo estándar en la medida de las propiedades de los mesones Bs, un resultado importante para conocer el origen de la asimetría materia-antimateria. El modelo estándar predice un valor pequeño para el parámetro φs (ver la figura justo arriba); los mesones Bs son un estado mezcla de dos estados con masa diferente, uno más pesado y el otro más ligero, cuya diferencia de masa Δms en función del parámetro φdetermina el efecto de la asimetría materia-antimateria; la figura de arriba muestra en vertical la diferencia entre la vida media ΔΓs de los dos estados de los mesones Bs, pesado y ligero. Tras analizar los datos de 2011, el resultado φs = -0.001 ± 0.101 ± 0.027 rad (para la desintegración del Bs en un mesón J/ψ y otro φ), que combinado con el resultado para la desintegración del Bs en los mesones J/ψ y f0(980) conduce a un valor final de φs = -0.002 ± 0.083 ± 0.027 rad; que confirma el modelo estándar (published article). Más informacíon en CERN Press Release, CERN Bulletin article, CERN Quantum Diaries blog y en el LHCb staff page.

5 March 2012 (3): First evidence for CP violation in the decays of Bsmesons.” La violación de la simetría materia-antimateria requiere que el modelo estándar viole la simetría CP y es bien conocido que lo hace en la física de los mesones K0 y B0 (aunque no la cantidad suficiente, luego debe haber otras fuentes de asimetría CP). LHCb publica en Moriond 2012 sus últimos resultados sobre la violación de la simetría CP en la desintegración de los mesones D0. El artículo técnico ha sido enviado a Physical Review Letters confirma los resultados previos publicados en el verano del año pasado. El valor medido para el parámetro de asimetríca CP en los mesones B0d es ACP = -0.088 ± 0.011 ± 0.008 (que confirma la violación a 6 σ); para los mesones B0s el parámetro ACP = 0.27 ± 0.08 ± 0.02 (que confirma la violación a 3,3 σ). Por ahora solo se han analizado un tercio de todos los datos de colisiones recogidos en 2011 (el análisis es difícil y el resultado para el resto se publicará a finales de este año). Más información en CERN Press Release, CERN Bulletin article, CERN Quantum Diaries blog y en el LHCb staff page.

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2 pensamientos en “El segundo día de Moriond 2012 se ha dedicado a la materia oscura

    • Andres, los premios Nobel son siempre así; solo se pueden conceder a 3 personas como mucho (o a 1, o 1+1, o a 2+1); en este último caso siempre hay una cuarta persona que lo merecía (el que haría 1+2 o un 3+0) pero no lo ha recibido (porque todo el mundo tiene un segundo a bordo).

      El caso de Lemaitre con Hoffmann es muy parecido al caso de María Blasco con Carol W. Greider (pero María no protestó); en ambos casos son los primeros autores del artículo premiado con el Nobel; pero lo han tenido en contra, porque Hoffmann es mucho más famoso que Lemaitre y Greider que Blasco.

      Nada más puedo decir.

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