El estado actual del LHC a 8 TeV – El experimento CMS ha recogido más de 1 /fb de datos

El Gran Colisonador de Hadrones (LHC) del CERN está funcionando a las mil maravillas con las colisiones a 8 TeV en el centro de masas (colisiones de dos haces protones cada uno con una energía de 4 TeV). Las últimas colisiones han utilizado 1380 paquetes de protones por haz, lo que implica un récord de luminosidad instantánea de 5,6 × 10³³ /cm²/s. Este fin de semana habrá una parada técnica de las colisiones durante un par de días, pero el experimento CMS ya ha recibido más de 1 /fb de colisiones, como muestra la imagen que abre esta entrada, aunque en disco han grabado algo menos, como muestra de más abajo. ATLAS tendrá que esperar a la semana que viene para lograrlo (aunque es posible que ya lo hayan logrado pero no se sepa pues cambiaron algo en el sistema de medida y estimación de la luminosidad). Todavía no estamos en mayo, lo que implica que será fácil que a finales de mayo se haya cumplido el objetivo marcado para principios de junio, acumular al menos unos 5 /fb de colisiones; este objetivo permitirá que en las conferencias de verano (julio y agosto) se presenten nuevos resultados en para la búsqueda del Higgs y de la supersimetría.

Más información en Tommaso Dorigo, “One Inverse Femtobarn Pocketed Already,” AQDS, April 20th 2012.

Por cierto, si te interesa saber qué significa que los protones colisionan con una energía de 8 TeV en el centro de masas, nos lo cuenta Vivek Jain, “What does 8 TeV mean?,” ATLAS Experiment Blog, April 11, 2012.

Sobre la noticia que afirma que no hay materia oscura en el entorno del Sol

La importancia de leer la letra pequeña es bien conocida. Igual de importante es leer el artículo técnico que sustenta una noticia. Hay detalles que omiten las noticias de prensa científica, en aras a la brevedad, que son fundamentales para entender su alcance. Sobre todo los artículos sustentados en un modelo teórico, cuyas hipótesis son más importantes que las propias conclusiones derivadas de su comparación con resultados experimentales. Permíteme ponerte un ejemplo muy reciente. Supongo que ya habrás leído “¿Serio golpe a las teorías sobre materia oscura?,” Ciencia Kanija, 18 abril 2012 [Noticias ESO, 18 abril 2012; yo me enteré gracias a la lista de correo interna de Amazings.es]. Permíteme unos extractos.

“El estudio más preciso hecho hasta el momento sobre los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea no ha encontrado evidencias de materia oscura en un amplio espacio alrededor del Sol. Las vecindades del Sol deberían estar repletas de materia oscura. Utilizando el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros de ESO, en el Observatorio de La Silla, un equipo ha cartografiado los movimientos de más de 400 estrellas situadas a más de 13.000 años luz del Sol. Con estos nuevos datos han calculado la masa de materia en las vecindades de nuestro Sol. “La cantidad de masa derivada encaja muy bien con lo que vemos,” afirma el líder del equipo Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). “Esto no deja espacio para materia extra — la materia oscura — que esperábamos encontrar. Nuestros cálculos muestran que debería haberse visto claramente en nuestras medidas. Pero, simplemente, ¡no estaba allí!”. Todos los intentos por detectar materia oscura en laboratorios en Tierra han sido un fracaso. Los nuevos resultados significan que los intentos por detectar materia oscura en la Tierra para explicar las extrañas interacciones entre las partículas de  materia oscura y la materia “normal” tienen pocas probabilidades de éxito. “Si la materia oscura no está presente donde suponíamos que debía estar, debemos encontrar una nueva solución para el problema de la materia que falta. Nuestros resultados contradicen los modelos aceptados actualmente. El misterio de la materia oscura acaba de hacerse aún más misterioso. Los próximos sondeos, como el de la misión Gaia de la ESA, serán cruciales para dar un paso adelante en este punto”, concluye Christian Moni Bidin.

Las teorías predicen que la cantidad media de materia oscura en la vecindad del Sol en nuestra galaxia debería ser de entre 0,4 y 1 kilogramo en un volumen del tamaño de la Tierra. Las nuevas medidas encuentran 0,00±0,07 kilogramos de materia oscura en un volumen del tamaño de la Tierra” [como densidad media en toda la región estudiada].

El artículo técnico es C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk II. A lack of dark matter in the solar neighborhood,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1204.3924, quienes utilizan un modelo teórico derivado en su artículo previo C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, “Kinematical and chemical vertical structure of the Galactic thick disk I. Thick disk kinematics,” Accepted for publication in the Astrophysical Journal, arXiv:1202.1799. Hay un artículo técnico breve que resume el resultado obtenido, C. Moni Bidin, G. Carraro, R. A. Mendez, R. Smith, “No evidence of dark matter in the solar neighborhood,” Proceedings of the first binational Sochias-AAA meeting, held in San Juan, Argentina, arXiv:1204.3919.

Ofrecí mi opinión en la propia lista de correo interna de Amazings.es; quizás era más crítica y más ácida de la cuenta, pero ya sabéis que la mula Francis es muy mulo; he estado muy liado y mi idea era omitir este asunto haciendo mutis por el foro. Los lectores de este blog que creen que la materia oscura no existe me acusarán de que defiendo el modelo cosmológico de consenso ante toda prueba en contra y que debería ser mucho más crítico con todas las pruebas recabadas en los últimos 40 años a favor de la materia oscura. Con toda seguridad dichas pruebas son interpretadas de forma incorrecta por casi todos los astrofísicos y cosmólogos del mundo; este nuevo [y revolucionario] estudio lo deja claro y fuera de toda duda, todos están equivocados. Pero la mula Francis tiene que leer la letra pequeña; mi crítica surgió de mi primera ojeada rápida al artículo de Moni Bidin y sus colegas.
Ahora mismo ya no soy la única voz crítica y todas las fuentes fiables de noticias científicas ofrecen un grano de sal y otro de pimienta respecto a este estudio. Por ejemplo, te recomiendo consultar Ron Cowen, “Survey finds no hint of dark matter near Solar System. Result poses a cosmic dilemma but critics prescribe caution,” Nature News, 19 April 2012, y Adrian Cho, “Has Dark Matter Gone Missing? If a new study is true, then the search for dark matter just got a lot weirder. But some scientists doubt the reliability of the team’s method for measuring the elusive substance,” Science NOW, 19 April 2012. Más noticias de prensa en Google News.

Al grano, el estudio se basa en comparar los resultados de un modelo teórico basado en usar un modelo no relativista para la materia oscura, que se supone que se mueve lentamente; en concreto, substituir la ecuación de Jeans, que modela las fluctuaciones de fluido no relativista, en la ecuación de Poisson para el campo gravitatorio newtoniano. La ecuación de Jeans se basa en varias hipótesis razonables entre las que destacan que la materia oscura esté en un estado estacionario, que la curva de rotación galáctica es plana, que la densidad de materia oscura decae de forma exponencial tanto en la dirección radial como en la vertical, etc. Todas estas hipótesis se resumen en que el modelo teórico asume que la materia oscura en la región estudiada tiene forma más o menos esférica con densidad casi constante. Estas hipótesis son razonables para la materia oscura en el halo galáctico en su conjunto, pero en una región tan pequeña alrededor del Sol genera muchas dudas.

Mi comentario en la lista de correo interna de Amazings.es fue el siguiente.

“Los resultados se basan en un modelo muy simple de la distribución de la materia oscura en nuestra galaxia (una esfera). Hay muchos resultados previos que indican que la materia oscura en nuestra galaxia tiene una distribución bastante irregular (producto del canibalismo galáctico, la Vía Láctea ha robado materia oscura a las galaxias satélite que la rodean formando grandes chorros, según las simulaciones numéricas, de materia oscura en nuestro halo galáctico y el brazo de Orión [la región estudiada] podría ser deficitario, ya que se sabe que el de Sagitario tiene excesos). Los resultados del artículo no comparan sus resultados con los obtenidos mediante simulaciones de la evolución de la Vía Láctea en los últimos miles de millones de años (hay varios grupos españoles especialistas en este campo).

En resumen, tras una ojeada rápida, yo cogería con pinzas este nuevo resultado, aunque se haya publicado en la prestigiosa revista The Astrophysical Journal. Ya os contaré más cuando me lea en detalle este artículo.”

En una galaxia tan complicada como la Vía Láctea, extraer consecuencias sobre la distribución de la materia oscura en la región local alrededor del Sol utilizando el teorema virial y sus variantes, en mi modesta opinión, no está justificado y puede llevar a resultados erróneos. Os recuerdo lo que ya escribí en este blog sobre el canibalismo galáctico utilizando una sola imagen.

Cualquier imagen “realista” de la distribución de materia ordinaria en la Vía Láctea muestra que la región que rodea al Sol no es especialmente típica y por tanto no hay ninguna razón para que la materia oscura del halo galáctico en dicha región sea especialmente esférica; incluso yo lo dudaría respecto a la Vía Láctea en su conjunto.

Ahora mismo recuerdo también el reciente artículo en Investigación y Ciencia (Scientific American) sobre la posibilidad de que el plano galáctico de la Vía Láctea esté curvado. Por ahora es solo una hipótesis razonable, pero lo importante es que nos recuerda que la historia de nuestra galaxia ha sido muy accidentada y que asumir una distribución de materia oscura que no haya sufrido dichos avatares no es ningún modo razonable. Nuestra galaxia ha interaccionado con otras galaxias y sus halos galácticos también han sido afectados (recuerda que aunque la materia ordinaria interacciona con la oscura solo a través de la gravedad, todo el mundo cree que la materia oscura interacciona con la materia oscura de forma similar a como la materia ordinaria interacciona con la materia ordinaria). Te dejo esta imagen extraída del artículo de Leo Blitz, “El lado oscuro de la Vía Láctea,” Investigación y Ciencia, Diciembre 2011.