CDMS-II observa tres partículas tipo materia oscura con una masa de 8,6 GeV/c²

Dibujo20130415 cdms-ii trhee candidates to dark matter particle

Los detectores de silicio del experimento de búsqueda directa de materia oscura CDMS-II (Colaboración SuperCDMS) ha observado 3 eventos candidatos, cuando se esperaban 0,7 eventos, lo que implica una señal a 3σ (99,8% CL) de una partícula de materia oscura tipo WIMP con una masa de 8,6 GeV/c² y una sección eficaz WIMP-nucleón de 1,9 × 10-41 cm²; los detectores de germanio de este detector (menos sensibles a partículas de masa menor de 10 GeV/c²) observaron 2 eventos candidatos para un fondo esperado de 0,9 eventos en 2010.

El nuevo artículo técnico es CDMS Collaboration, “Dark Matter Search Results Using the Silicon Detectors of CDMS II,” arXiv:1304.4279, 15 Apr 2013 [CDMS-II preprint at Berkeley]; ver también CDMS Collaboration “Silicon Detector Results from the First Five-Tower Run of CDMS II,” arXiv:1304.3706, 12 Apr 2013. Se han hecho eco de la noticia Kathryn Jepsen, “Cryogenic Dark Matter Search Adds New Intrigue with Latest Result,” SLAC News, Apr 15, 2013, y Dan Bauer, “Dark-matter search results from CDMS II silicon detectors,” Fermilab Today, Apr 15, 2013. Recomiendo también las charlas de Bernard Sadoulet, “The Search for Weakly Interacting Massive Particle Dark Matter,” APS 2013 W.K.H Panofsky Prize, Apr 14, 2013 [slides], Blas Cabrera, “Cryogenic Particle Detectors in Search for Dark Matter,” Panofsky Prize presentation, APS April Meeting, Apr 14, 2013 [slides] y Kevin A. McCarthy (MIT, SuperCDMS & CDMS Coll.), “Dark Matter Search Results from the Silicon Detectors of the Cryogenic Dark Matter Search Experiment,” Apr 14, 2013 [slides].

Dibujo20130415 wimp nucleon cross section vs wimp mass

Esta figura muestra los límites superiores (al 90% de intervalo de confianza) para la sección eficaz de colisión (independiente del espín) entre una partícula WIMP y un nucleón respecto a la masa de dicha partícula WIMP. El nuevo resultado es la línea a puntos negros (siendo la línea azul oscuro continua resultados previos de CDMS-II). Las líneas rojas a trazos son los resultados de los detectores de germanio de CDMS-II y las líneas verdes a trazos los resultados de XENON10 y XENON100. El óvalo violeta corresponde a la señal observada por CoGeNT de una posible partícula WIMP. Las regiones en azul oscuro y azul celesteThe corresponden a los contornos obtenidos si los tres eventos candidatos observados corresponden a partículas de materia oscura. Como se ve en la figura, el nuevo resultado está en tensión con los resultados de XENON, aunque está en buen acuerdo con los resultados de CoGeNT.

Dibujo20130415 WIMP Search Sensitivity Moore s Law

A día de hoy no se puede afirmar con rotundidad que estas nuevas señales correspondan a una partícula de materia oscura, sin embargo, parece que claro que la presenta década será la del descubrimiento de dicha partícula. La sensibilidad de los experimentos crece año a año (como muestra esta figura) dejando muy poco sitio para dicha partícula siga escondiéndose. Por ejemplo, el experimento CDMS con silicio se inició entre octubre de 2003 y agosto de 2004 con 42,7 kg-día en 4 detectores de silicio, que pasaron a 55,9 kg-día en 6 detectores desde octubre de 2006 hasta julio de 2007, y finalmente 140,23 kg-día en 8 detectores entre julio de 2007 y septiembre de 2008 (el análisis de estos datos ha llevado al descubrimiento de los nuevos 3 candidatos). Quisiera destacar que se instalaron 11 detectores de silicio, pero que se tuvieron que descartar 3 de ellos por varios fallos.

PS (16 abr 2013): La noticia en los medios. Alexandra Witze, “Another dark-matter sign from a Minnesota mine,” Nature News, 15 Apr 2013; Kathryn Jepsen, “Underground experiment sees possible hints of dark matter. The Cryogenic Dark Matter Search experiment adds new intrigue to the hunt for dark matter,” Symmetry Breaking, Apr 15, 2013; Jason Palmer, “Dark matter experiment CDMS sees three tentative clues,” BBC News, 15 Apr 2013; Alan Boyle, “The Cryogenic Dark Matter Search experiment, or CDMS, adds new intrigue to the subatomic hunt. Scientists see three promising blips in underground dark matter search,” NBC News, Apr 15, 2013; y muchos otros más.

17 pensamientos en “CDMS-II observa tres partículas tipo materia oscura con una masa de 8,6 GeV/c²

  1. 3 eventos esperando 0,7…
    Yo pondria la noticia como sensacionalista-irrelevante

    • Nimux, como quieras; para mí la noticia es interesante porque los 3 eventos están en la región “prohibida” por los datos de XENON con lo que hay una tensión que debe tener una causa y nadie la conoce; además, ya fue noticia en diciembre de 2010 que se encontraran 2 eventos. Pero lo dicho, como tú quieras, el descubrimiento de las primeras señales de materia oscura vendrá por este camino (diferentes experimentos con señales en tensión y la resolución teórica de dicha tensión reivindicando ciertos eventos “poco claros” como señales indiscutibles vía nuevas ideas; en ese momento nos parecerá todo obvio y nadie entenderá cómo hasta entonces nadie lo había visto claro). La ciencia en el borde avanza así.

  2. Bueno, por lo que comentan algunos pesos pesados en facebook y twitter, esperanza pero sin tirar cohetes. Sabine y Phil Gibbs son “relativamente optimistas”. Sean Carroll parece que está en el sector agnóstico en estos momentos…

    La tensión con los datos de Xenon debería resolverse con más datos. A mí no me sorprende un poco que saquen estos datos AHORA que AMS02 ha levantado algo la veda de DM cuando LHC parece que lo descarta.

    Otro problema de esto es si estos datos estarían en tensión también con los datos de búsquedas de DM en LEP y el Tevatron. DM es al parecer pesada, pero queda algo de espacio inexplorado (aunque no sé si suficiente) para el axión y otras partículas de DM exóticas con ciertos acoplos que a mi me gusta llamar “rocambolescos” (por aquello de que para que ese tipo de partículas haya escapado a la detección en colliders hasta la fecha, tienen que estar generados por unas propiedades muy específicas que restringen su aparación en colisiones de alta energía).

    Una partícula de DM de unos 8 ó 10 GeV, si es real esto, tendría unas consecuencias físicas bastante relevantes en algunos experimentos en los que, hasta donde yo sé, no han encontrado evidencias de tales partículas. No sé, creo que me estoy volviendo un viejo escéptico respecto a cuestiones de Artes Oscuras…

      • Por eso decía textualmente “(…)ponen más en duda(o no, según lo que estés dispuesto a asumir)(…)”. D11 será razonable o no, pero está ahí (vale que son “otras interacciones” pero es impone cotas también a la sección eficaz y masa posible de X). Y soy más escéptico con esta clase de claims en una zona de energía algo baja. No digo que no, sólo digo que si es real, debe ser “muy especial” para haber pasado inadvertidas en experimentos de altas energías hasta la fecha. ;).

      • Obviamente, amarashiki, la partícula responsable de la materia oscura tiene que ser muy especial, por eso aún no ha sido encontrada. Imagina por un momento que en lugar de 3 eventos hubieran observado 5. Habría señal a 5 sigmas, pero sabríamos exactamente lo mismo… nada de nada. Las partículas esquivas lo son porque son “especiales”.

      • Sí, pero insisto en que si tienen “baja masa” deben tener una sección eficaz de interacción enanísima suprimida por vete a saber qué escala de energía. Entiendo lo que dices, de hecho hoy Phil Gibbs me mencionaba (y estoy de acuerdo) que este experimento tiene un background relativamente “bajo” por lo que a pesar de que tienen pocos eventos (3) tienen una significación estadística alta (aunque no deja de parecerme ridícula para los estándares usuales de física de partículas, las mágicas 5 sigmas-importante es por cuestiones de análisis de datos). Habrá que esperar, pero o bien cae la materia oscura en los próximos meses o bien habrá que reconsiderar lo que hasta ahora pensábamos sobre ella(y le hemos dado muchas vueltas: supersimetría, Z primas, neutrinos,…)…O sobre la gravedad (cuántica)…Que también va siendo hora de que la gente se dé cuenta de que sin fenomenología de la gravedad cuántica no habrá habredad cuántica (pese a que conceptual y tecnológicamente estemos a años luz de eso, algún efecto debería verse). Sobre materia oscura…Creo que por primera vez en décadas se tiene algo más de idea sobre lo que es (o casi también sobre lo que NO es por las diferentes búsquedas con resultado negativo), aunque si nos remitimos a la historia, llevamos desde los años 30 del siglo pasado con esos devaneos de ahora sí la tenemos y ahora no. Eso sí, la energía oscura es algo que es aún peor para toda construcción de física actual…Y harán falta nuevas herramientas para comprenderla.
        ¿Exponen resultados de búsquedas de DM pronto algunos experimentos?
        Por cierto, yo no creo que este año se vaya a encontrar ninguna partícula de materia oscura con “certeza” 5-sigmas. Estoy dispuesto a defender tal posición. Respecto a lo que sea la dichosa partícula, estoy más dividido…¿SUSY? Complicado cuando menos debido a los resultados en física de quarks con strangness/charmness. ¿Z primas?¿Axiones?¿Neutrinos?¿Partícula de espín contínuo?¿Impartícula?¿Algo todavía más raro? Sea lo que sea, es importante…Y ardo en deseos de saber más sobre ellas o incluso intentar explicar qué son desde un punto de vista teórico… :)

  3. Hola Francis, que dijeron los del AMS, me parece que no dieron masa de sus ‘probables’ partículas de materia oscura, o si?

    • El Cid, el artículo técnico de AMS-02 no menciona la palabra “materia oscura” así que no presenta ninguna estimación de una posible masa para la partícula correspondiente; en la rueda de prensa Sam Ting dejó caer, como quien no quiere la cosa, que los resultados de AMS-02 se podían interpretar como resultado de la “materia oscura” o no, pero los periodistas no oyeron el “o no”.

      Al grano. Si los resultados de AMS-02 correspondieran a una partícula de materia oscura, la masa depende mucho del tipo de partícula y sus propiedades; teniendo en cuenta los resultados de LEP, Tevatrón y LHC, lo más probable es que fuese una masa de unos cientos de GeV, más próximo a 600 GeV que a 100 GeV, pero, repito, depende tanto del modelo que es casi imposible que AMS-02 pueda ofrecer algún día dicho dato con una precisión (pongamos) de un 10%.

    • Wachovsky, en las curvas de rotación galáctica (ya había evidencia previa en los cúmulos galácticos). Por cierto, Rubin siempre ha dicho que prefiere como explicación una modificación de la gravedad a una nueva partícula. Ella es firme candidato al Nobel de Física por la materia oscura (Fritz Zwicky nunca lo recibió).

  4. Yo la verdad es que no se que pensar, todo esto es muy desconcertante. CDMS II apunta a una partícula de 8,6GeV, AMS02 sugiere una de 300GeV o más, las observaciones del satélite Fermi apuntan a una partícula entorno a 130 ¿Que está pasando aqui? Debido a que la partícula que constituye la MO debe ser estable parece que damos por hecho que tiene que ser una sola partícula aunque podría ser que el sector de la MO sea más complicado y esté dividido en varias familias con distintos rangos de energía aunque quizás es más probable que varios o todos estos indicios de materia oscura tengan una explicación menos exótica (pulsars, etc). Ya llevamos muchas décadas con esto, cuando parece que nos acercamos aparece otra señal incompatible con lo que sabemos, como al final la MO no esté formada por una WIMP o ésta sea un neutrino dextro probablemente ninguno de los que aqui estamos sabremos la respuesta. Por otro lado, como amarashiki dice más arriba, sea lo que sea la MO esta debe ser algo muy especial, bastante diferente a todo lo que conocemos por lo que su descubrimiento podría abrirnos la puerta a toda una nueva rama de la física y quizás a un más profundo conocimiento de lo que es la gravedad. Si asi fuese toda esta larguísima búsqueda se vería recompensada… esperemos que asi sea porque en mi modesta opinión llevamos demasiado tiempo sin avances importantes y los grandes interrogantes de ahora prácticamente son los mismos que hace 40 años, esto tiene que cambiar ya. Afortunadamente ahora tenemos las herramientas y los conocimientos necesarios para hacer que esto cambie…

  5. Francis, ¿el hecho de que usen detectores de silicio y germanio se debe a que los científicos piensan que las partículas de la materia oscura son fotones o tiene otra explicación?

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