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Artículo publicado por Kathryn Jepsen el 10 de septiembre de 2015 en Symmetry Magazine

XMASS es el último entre muchos experimentos en contradecir una afirmación previa sobre el descubrimiento de la materia oscura, pero el debate aún no se ha zanjado.

Desde 1998, los científicos del experimento DAMA-LIBRA, en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia, han reclamado el descubrimiento de una señal estadísticamente significativa de materia oscura.

Esta semana, el experimento XMASS de Japón se unió a los experimentos LUX, Xenon100 y CDMS al informar de resultados que parecen contradecir dicha reclamación.

Observatorio Kamioka

Observatorio Kamioka Crédito: Universidad de Tokio

Los científicos buscan materia oscura de muchas formas distintas. Tanto este resultado del experimento XMASS como los de DAMA-LIBRA buscan algo conocido como modulación anual, una señal de que la Tierra está en constante movimiento a través de un halo de partículas de materia oscura.

Conforme el Sol rota alrededor del centro de la Vía Láctea, la Tierra se mueve alrededor del Sol, completando una vuelta cada año. Durante la primera mitad del año, la Tierra se mueve en el mismo sentido que el Sol; durante la segunda mitad, la Tierra completa su órbita, moviéndose en sentido contrario.

Cuando la Tierra y el Sol se mueven en el mismo sentido, la Tierra debería atravesar ligeramente más materia oscura que cuando se mueven en sentidos opuestos. Por esto, los científicos deberían ver unas pocas más partículas de materia oscura impactando en sus detectores durante esa parte del año.

Otros experimentos aparte de DAMA-LIBRA han observado pistas de modulación anual, pero sólo el experimento CoGeNT ha proporcionado apoyo a las afirmaciones de DAMA-LIBRA sobre que esta modulación procede de la materia oscura.

El efecto podría estar causado por otros cambios anuales. La presión y temperatura podrían afectar al experimento. Los cambios atmosféricos con las estaciones podrían afectar al número de rayos cósmicos que alcanzan al experimento. La radiación de fondo procedente del gas radón se sabe que cambia estacionalmente para los experimentos subterráneos debido a su interacción con las capas freáticas, dice el científico del Fermilab Dan Bauer del experimento CDMS.

“Nadie ha sido capaz de señalar qué está provocando la modulación de DAMA”, comenta. “No podemos encontrar la prueba definitiva”.

El experimento XMASS, en Kamioka, Japón, busca signos de partículas de materia oscura que han salido rebotadas de los núcleos del contenedor de xenón líquido de 832 kilogramos. El experimento tiene sensibilidad para dos posibles tipos de interacciones de materia oscura, dice en un correo electrónico el científico Yoichiro Suzuki, investigador principal de XMASS en la sede en Tokio del Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo.

Tras tomar datos durante aproximadamente 16 meses, el experimento XMASS no concuerda con la afirmación de DAMA-LIBRA, si se asume que las partículas de materia oscura se dispersan como bolas de billar cuando colisionan con los núcleos. XMASS encontró un nivel menor de modulación anual, no obstante, y eso podría ser una pista de que la materia oscura está interactuando con la materia normal de un modo distinto.

Sin embargo, los científicos de XMASS dedujeron a partir de la señal algunas características que deberían tener las partículas de materia oscura que están provocando la modulación: sus masas y tasas de interacción con la materia normal. Y los experimentos que buscan directamente materia oscura ya han descartado esas masas y tasas de interacción.

Pero los científicos aún no saben con seguridad qué aspecto tienen las partículas de materia oscura. Hasta que lo logren, o hasta que identifiquen la fuente de las señales de modulación anual, podrían tener dificultades para disuadir a los científicos de DAMA-LIBRA.

El experimento XMASS continúa tomando datos, señala Suzuki. Los científicos de XMASS esperan finalmente construir una versión de 5 toneladas del experimento.

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