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El AMS encuentra exceso de antimateria sin precedentes

Aleida Rueda
10/abr/2013

El experimento AMS-02 (Espectrómetro Magnético Alfa), ubicado en la Estación Espacial Internacional desde mayo del 2011 en busca de antimateria, se ha vuelto noticia con su primer informe científico en el que reporta un exceso de antipartículas que algunos interpretan como señales de la existencia de materia oscura y que deja, en consecuencia, una pregunta evidente: ¿lo es?

Se sabe con suficiente evidencia que el Universo fue creado a partir de la aniquilación de una gran cantidad de materia y antimateria, un evento conocido como el Big Bang. De este impacto sabemos que sobrevivió la materia (que constituye prácticamente todo lo que nos rodea), pero no queda claro que pasó con la antimateria.

La única pista de la existencia de la antimateria está en las antipartículas, las ‘compañeras’ de cada partícula que tienen una carga eléctrica opuesta. El electrón, por ejemplo, que posee una carga negativa, tiene como antipartícula el antielectrón, con carga positiva. Así, las antipartículas pueden servir como mensajeros de fenómenos de alta energía que suceden en el Cosmos. Son, como dice el propio Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales (CERN, in inglés), en su boletín sobre el reporte del AMS-02, “señales de física nueva y exótica”.

¿Y dónde están esas antipartículas? Hasta ahora se han podido detectar limitadas cantidades de partículas de antimateria en el flujo de rayos cósmicos que pasan cerca de la Tierra cuyas fuentes son tan desconocidas como intrigantes.

El trabajo del AMS-02 es buscarlas. Con su conjunto de detectores, el espectrómetro puede identificar la masa, carga y energía de las partículas y antipartículas con alta precisión, especialmente, mediante el seguimiento de la desviación de las partículas a través de un imán permanente que contiene al instrumento.

Aunque experimentos anteriores al AMS-02, como PAMELA (del inglés Payload for Antimatter Exploration and Light-nuclei Astrophysics), habían identificado ya un exceso en el flujo de positrones sobre electrones en los rayos cósmicos, es decir, un exceso de las antipartículas del electrón, el actual reporte del AMS-02 lo confirma con mucha más precisión: una medida de la fracción de positrones a energías entre 0,5 y 350 giga-electrón-voltios (GeV).

¿Y cómo hay que entender este exceso? Los investigadores responsables del proyecto, que publicaron sus resultados en la revista Physical Review Letters, explican que a la fecha, AMS-2 ha detectado un total de 400,000 positrones que “constituyen el mayor conjunto de datos de positrones de rayos cósmicos, la cantidad total acumulada anteriormente pero aumentada 100 veces”. Lo llaman “un exceso de positrones mayor de lo esperado de los fenómenos de energía de la galaxia que conocemos”.


La comparación de los resultados del AMS 02 con los de experimentos previos. Imagen: AMS-02.

En su boletín del 4 de abril, el CERN afirma que “hay una posibilidad tentadora -y muy descarada- de que este exceso podría ser una señal de la materia oscura, aunque es demasiado pronto para descartar explicaciones más prosaicas”.

Sin embargo, en el artículo del Physical Review Letters, con 350 autores liderados por el responsable del proyecto, Samuel Ting, en ningún momento se hace mención de la materia oscura.

Arturo Menchaca, investigador del IFUNAM quien es uno de los autores del artículo y responsable del único equipo latinoamericano que participó en la construcción del espectrómetro, afirma que “el concepto de materia oscura es un concepto de la cosmología”. En física de partículas “hay varios candidatos que podrían ser la fuente de estos positrones” y no necesariamente materia oscura, afirma.

Para Menchaca, más allá de relacionarlo con la existencia de la materia oscura, lo trascendente de este reporte es el haber encontrado que este exceso de positrones proviene de una sola fuente que es, además, isotrópica debido a que los positrones no provienen de una sola dirección sino que llegan de todas partes con la misma probabilidad.

Esto es importante porque hasta antes de este reporte había dos posibles causas que podían explicar el exceso de positrones. Unos eran los efectos cosmológicos (como los pulsares y la aceleración producida por remanentes de supernovas cercanas) y otros, los efectos de la física de partículas (como partículas supersimétricas, entre otras). La característica principal de los efectos cosmológicos es que son anisotrópicos, es decir, que dependen de la dirección desde que son emitidos.

Por eso ahora que Menchaca junto con sus colegas reportan que hay isotropía en la distribución de los positrones o, más precisamente, que de haber anisotropía ésta debe ser mínima, entonces “es posible restringir las posibles fuentes cosmológicas como posible explicación del exceso de positrones” y, en consecuencia, apoyar la idea de que la fuente es un efecto de la física de partículas.

El desarrollo e instalación del AMS-02 requirió más de 18 años y aunque los resultados de este primer informe parecen reveladores, los responsables concluyen que hace falta más información. El mismo Ting dijo que habrá una gran cantidad de otros datos proveniente de este experimento pues está en una excelente posición para identificar más antipartículas. Quizás algún día se sabrá si se trata de materia oscura o de algún otro efecto de la física de partículas. Solamente “tenemos que ser pacientes”, dijo.


Video de la AMS donde explica qué hace exactamente el espectrómetro.