El experimento LUX no encuentra partículas WIMP de materia oscura de menos de 33 GeV

Dibujo20131030 lux 90 per cent confidence limit on spin-independent elastic wimp-nucleon cross section

La noticia del día es la rueda de prensa con los nuevos resultados del experimento Large Underground Xenon (LUX) de búsqueda de materia oscura en el Laboratorio Subterráneo de Sanford, Lead, Dakota del Sur. No se han encontrado partículas WIMP de masa menor de 33 GeV/c² durante los 85,3 días de estudio de 118 kg de xenón entre abril y agosto de 2013. Se descarta al 90% C.L. la interacción elástica de estas partículas WIMP con nucleones, interacción independiente del espín, con una sección eficaz superior a 7,6 × 10−46 cm². Un resultado espectacular y una mala noticia para quienes pensaban que la materia oscura son partículas WIMP de baja masa. El artículo técnico es D.S. Akeri et al., “First results from the LUX dark matter experiment at the Sanford Underground Research Facility,” Preprint enviado a PRL y ArXiv. Transparencias [slides PDF] utilizadas en la rueda de prensa de Rick Gaitskell (Brown) y Dan McKinsey (Yale). Más info divulgativa en Eugenie Samuel Reich, “No sign of dark matter in underground experiment. LUX, the most sensitive dark matter detector yet, fails to capture mysterious particles,” News Nature, 30 Oct 2013; Adrian Cho, “New Experiment Torpedoes Lightweight Dark Matter Particles,” Science NOW, 30 Oct 2013; y “First results from LUX experiment in South Dakota. World’s most sensitive dark matter detector operating at the Sanford Underground Research Faciility,” Sanford Lab News, Oct 30, 2013.

Dibujo20131030 comparison ambe data with simulations - excellent agreement

El detector de LUX contiene 370 kg de xenón líquido, de los que 250 kg son útiles para la búsqueda de materia oscura. El análisis de los resultados de LUX durante los primeros 100 días de ejecución del experimento equivalen a un estudio de 85,3 días de un volumen de 118 ± 6,5 kg de xenón. La eficiencia de detección de LUX es excelente, como muestra esta comparación de los eventos observados con las simulaciones por ordenador (en el caso de que no haya partículas WIMP de baja masa).

Dibujo20131030 LUX WIMP signal region - events 118 kg fiducial volume

Como muestra esta figura se han observado 160 sucesos (unos 2 al día) entre 2 y 30 phe (S1), siendo todos ellos consistentes con el fondo esperado, es decir, con la hipótesis nula (que no hay partículas WIMP de baja masa).

Dibujo20131030 lux results - comparison with other dark matter searches

Este resultado de LUX es unas 20 veces más sensible que los resultados publicados a día de hoy por su competencia: Edelweiss II, CDMS II, ZEPLIN-III y XENON100. La ausencia de partículas WIMP de baja masa contradice los resultados (o indicios) sobre la modulación anual observada en CoGeNT y DAMA/LIBRA, que deben tener otro tipo de explicación. Por supuesto, los resultados de LUX tratan la búsqueda de partículas WIMP cuya interacción elástica con los nucleones del núcleo de xenón es independiente del espín (interaccionan por igual con neutrones y protones). Por ello no se puede descartar la existencia de partículas WIMP cuya interacción con los nucleones sea dependiente del espín.

LUX continuará tomando datos durante 2014 y 2015 lo que mejorará su sensibilidad de forma significativa, aunque no se mejoras espectaculares. Lo dicho, un nuevo resultado negativo en la búsqueda la materia oscura, que cada día parece más escondida en lugares recónditos del espacio posible de parámetros.

Anuncios

9 pensamientos en “El experimento LUX no encuentra partículas WIMP de materia oscura de menos de 33 GeV

  1. En mi opinión, estamos cerca del umbral crítico para hallar materia oscura (si ésta es real y no un efecto gravitacional sutil). 80GeV/2 son unos 40 GeV, muy cerca de esta cota, y con el Z, salen unos 45 ó 46 GeV si los W y Z son composite de alguna clase de interacción confinada. Si no es así, pues…Veremos…Aunque ciertamente en los aceleradores nunca se encontró evidencias de una partícula pesada de menos de la masa de los bosones W ó Z. El enigma de la materia oscura sigue siendo chocante…Aunque, ciertamente, el “milagro” WIMP no nos da la masa, una partícula de materia oscura muy pesada desafía bastante nuestros conocimientos actuales del modelo estándar…Si bien las extensiones supersimétricas, o de tecnicolor (ahora desfavorecidas) y otras varias proporcionan candidatos “naturales” a materia oscura, cada vez está más claro que ésta es posiblemente muy pesada y con ciertas interacciones muy peculiares que la hacen difícil detectar… Y el LHC o el ILC tienen ahora el reto de buscarlas en el rango del TeV. ¿Las encontraremos o realmente algo no comprendemos de la gravedad a muy grandes distancias?

  2. amarahiski, coincido contigo, me parece que la teoría predice una masa pequeña para la partícula, pero a medida que mejora el detector la masa se incrementa.

  3. Por cierto, mientras que Francis y Dorigo manifiestan su pesimismo acerca de la partícula de la materia oscura, Matt Strassler proclama a los cuatro vientos de silicio su entusiasmo por la última medida. Exhibió similar alegría al confirmar la existencia de los neutrinos FTL, aunque no tardó en retractarse después de la corrección. Lleva escrita dos entradas al respecto cual sabueso que no suelta la presa. Yo me uno a su optimismo.

  4. Es admirable la lección de física que el señor Strassler nos imparte en sus intervenciones en la bandeja de comentario acerca de LUX y la materia oscura. Es un divulgador magnífico. En uno de sus comentarios dice que:

    “During the discussion of the OPERA experiment, it was similarly difficult to imagine neutrinos traveling faster than [standard] light speed, because to do that without screwing up what we know about electrons is mathematically and physically highly constrained by the structure of the Standard Model”.

    Esto me resulta sorprendente, nunca imaginé que el modelo estándar fuese una barrera epistémica para aceptar la existencia de los FTL. Sigo pensando que esto hay que achacarlo a la adoración totémica que se profesa a la RE. Es decir, quiero pensar que el modelo estándar tiene la flexibilidad suficiente para acomodarse a los nuevos datos experimentales que se producen.

    • Artemio, en esa frase Strassler se refiere a la radiación tipo Cerenkov de Cohen y Glashow.

  5. Artemio, yo NO He dicho que la teoría prediga una masa liviana para la partícula de materia oscura. De hecho, eso es bastante model-dependent. Supersimetría, hasta la puesta en marcha del LHC, se dedicó a propagar el ¿bulo? de que la escala de materia oscura estava irremediablemente en el rango de los TeV, con una mínima jerarquía con la escala electrodébil. Los hechos hasta ahora, y hablo de experimentos, revelan que para nada es así. Es lo que ocurre cuando crees mucho en una idea que depende excesivamente de cierto fine-tuning, cuando el experimento no te da la razón, todos meten la cabeza en el agujero y se esconden. Es cierto, sin embargo, que un Higgs conla masa que tiene puede verse como “compatible” con SUSY, pero la física del flavor nos dice que no hay correcciones en B-processes y eso es muy jodido de sostener en contexto de teorías supersimétricas. LHC-b es menos mediático que ATLAS o CMS pero es vital para la supervivencia o no de los modelos supersimétricos que algo aparezca ahí. Si no, mucho me temo que supersimetría no vive a baja energía y hay una jerarquía grande y no naturalidad entre la escala de nueva física y la electrodébil. El problema de fondo es el “escenario pesadilla”, el “desierto” entre las escalas a las que ahora estamos explorando la materia y la energía. Estamos en un territorio virgen, aunque deberíamos considerarnos afortunados…¿Alguien ha pensado qué habría pasado si no hubiéramos encontrado este nuevo bosón? Eso sí que hubiera sido descorazonador… Y es puzzling, que el higgs tenga esa masa…No debería tenerla… ¿Qué protege a la masa del Higgs de sufrir correcciones radiativas? Es que eso es grave, y si no es SUSY, porque ésta vive a una escala muy superior, o incluso si esta no existe, ¿qué hace que el Higgs tenga la masa que tiene?

  6. Francis, es correcto lo que dices, pero recuerdo un comentario de Lee Smolin en la bitácora de M. Strassler en el que mostraba su escepticismo con el paper de Glashow y Cohen y con la RE. Me parece ver un giro más benévolo de Strassler con OPERA, parece menos crítico con los FTL, pero no deja de ser mi muy subjetiva opinión.

    • Un neutrino no puede ser taquiónico Artemio. No insistas. Tienen masa porque oscilan de sabor (flavor) y por tanto NO son “taquiones” o “superluminales”. Y si se propagaran a velocidad superlumínica, que no es así, habría que explicar por qué ellos sí pueden y otras partículas leptónicas no. Una cosa es la sci-fi, otra es la ciencia real. Quizás algún día hable de los taquiones relativistas en mi blog para explicar qué sentido tienen en teoría de campos… Tendrás que esperar.

      El efecto de Glashow y Cohen, y otros muchos, dejan claro que NO son superluminales los neutrinos. Hubo gente que lo explicó y yo lo comenté aquí de hecho. Si los neutrinos fueran taquiónicos, tendrían una masa mucho mayor que la que sabemos tienen, y eso, pues, en fin…Es toda una contradicción. No se puede ir contra la lógica ni contra las matemáticas.

      Si aun así, como de hecho ocurrió, uno se empeña en hacer modelos para explicar ese efecto, basado en geometrías de Finsler y relaciones de dispersión modificadas, el problema, como digo es dar con una explicación convincente de por qué para los neutrinos sirve esa relación, mientras para las demás partículas no. Y la universalidad es un principio al que resulta difícil renunciar en Física…

Los comentarios están cerrados.