Detectan un gran número de «partículas extrañas» cerca de la Tierra

Justo al lado de nuestro propio planeta, el espacio parece bullir debido a una gran cantidad de partículas de antimateria de alta energía

Imagen de la Tierra

Investigadores del CERN, el gran centro europeo de física de partículas, acaban de anunciar durante un seminario los primeros resultados del detector AMS (Alpha Magnetic Spectometer), instalado en mayo de 2011 a bordo de la Estación Espacial Internacional y cuya misión principal es la de encontrar antimateria y materia oscura. Y resulta que, justo al lado de nuestro propio planeta, el espacio parece bullir debido a una gran cantidad de lo que parecen ser partículas de antimateria de alta energía. De hecho, muchas más de las que cabría esperar encontrar. Los investigadores, que publicarán estos resultados en Physical Review Letters, creen que este exceso de positrones detectados (las antipartículas de los electrones) podrían ser en realidad señales que indicaran la presencia de materia oscura.

Sea como fuere, lo cierto es que, por ahora, los científicos no están seguros de cuál es la naturaleza de lo que han visto. Lo que sí tienen claro es que los resultados demuestran con creces la utilidad del detector AMS, uno de los experimentos de física más complejos y costosos jamás enviados al espacio. De hecho, y desde su privilegiada posición a 350 km. de altura, el AMS podría estar a punto de proporcionar la clave que permita explicar de qué está hecha la materia oscura.

En estos momentos, sin embargo, los responsables del experimento se afanan por comprender a qué se debe exactamente el exceso de positrones detectados cerca de la Tierra. Para Samuel Ting, uno de los «padres» del instrumento, podríamos estar ante un «nuevo tipo de fenómeno de la Física». Durante su intervención en el seminario del CERN, el físico afirmó que «este experimento es el primero que prueba en detalle la naturaleza de este exceso (en el número de positrones). Hemos observado muchos fenómenos nuevos y pronto, el origen de esos fenómenos será comprendido».

Podríamos estar a punto de conocer de qué está hecha la materia oscura

Desde que fue instalado a bordo de la estación espacial en mayo de 2011, el AMS ha detectado más de 30.000 millones de rayos cósmicos. Y ha calculado con gran detalle la proporción que existe entre los electrones y sus antipartículas, los positrones, lo que podría ser una forma de detectar la presencia de materia oscura. A caballo de los rayos cósmicos, que proceden de estrellas que explotan y otras fuentes muy energéticas y que bombardean continuamente la Tierra viajan, como se esperaaba, un gran número de electrones de alta energía. Pero los positrones deberían ser mucho más escasos de los que AMS ha conseguido detectar.

Aunque ambas constituyen un gran misterio para la Física actual, es necesario no confundir antimateria y materia oscura. La primera es la imagen especular de la materia ordinaria: cada partícula tiene, de hecho, su correspondiente antipartícula, que es exactamente igual a ella excepto por la carga eléctrica, que es la opuesta. Cuando una partícula ordinaria entra en contacto con su antipartícula (por ejemplo, un electrón con un positrón, o un protón con un antiprotón) ambas se aniquilan en una explosión de energía. Los modelos teóricos actuales nos dicen que durante el Big Bang se creó la misma cantidad de materia que de antimateria, pero todo lo que podemos observar hasta los confines del espacio está, aparentemente, hecho de materia. ¿Dónde está, pues, la antimateria que falta?

Por otra parte, la materia oscura tiene ese nombre precisamente porque no emite radiación (ni luminosa ni de otro tipo) y por lo tanto no podemos detectarla con los instrumentos actuales. Sabemos que existe por la acción gravitatoria que ejerce sobre la materia que sí podemos ver, y a partir de ahí se calcula su cantidad. Según los últimos datos de la misión Planck, publicados hace apenas unos días, la materia ordinaria, de la que están hechas las galaxias, las estrellas y los planetas, solo da cuenta del 4,9% del total de la masa del Universo. Del resto, un 26,8% es materia oscura y un 68,3energía oscura, que podría ser la responsable del hecho de que el Universo se esté expandiendo cada vez más deprisa.

Pero volvamos a los positrones detectados por el AMS. Otros experimentos ya habían sugerido un exceso similar en el número de estas antipartículas, pero ninguno de ellos pudo corroborarlo con datos lo suficientemente fiables y, lo que es peor, hasta ahora nadie había podido aventurar lo que significan. «Los físicos teóricos -dijo Ting a sus colegas del CERN- tendrán ahora una excelente ocasión para jugar con estos nuevos datos».

«He invertido cerca de 18 años para producir estos resultados»

Los científicos creen que la materia oscura podría estar formada por un extraño tipo de partículas a las que llaman WIMPs (weakly interacting massive particles o partículas masivas de interacción débil). Cuando dos WIMPs chocan, se destruyen mutuamente y sólo dejan tras de sí una pareja de partículas, un electrón y un positrón. La masa de estas dos partículas depende de la que tuvieran los WIMPS originales y de su energía en el momento de la colisión. Por eso, encontrar positrones en un determinado rengo de energía podría ser una señal de esas aniquilaciones de partículas de materia oscura y, por lo tanto, delatar su esquiva presencia en la región del Universo que nosotros ocupamos.

El problema, por supuesto, es que los positrones también pueden proceder de otras fuentes, como los púlsares, que los expulsarían en todas direcciones debido a su rápida rotación. Desde un punto de vista puramente matemático no debería de existir ningún positrón, porque todos tendrían que haberse aniquilado con sus correspondientes partículas de materia ordinaria tras el Big Bang. Pero los datos son tozudos, y demuestran que, contra tóda lógica, están ahí, y en un número muy superior al que cabría esperar. Ahora, los investigadores esperan que los nuevos datos del AMS ayuden a encontrar una respuesta.

Fueron necesarias varias décadas de lucha para convencer a laNASA de la necesidad del AMS. Y casi veinte años de investigación y trabajo para diseñar, construir y llevar finalmente el AMS a la estación espacial. El detector es el instrumento científico más preciso y sofisticado jamás enviado al espacio y su coste se acerca a los 2.000 millones de dólares. Pesa siete toneladas y funciona de un modo parecido a los aceleradores de partículas del CERN, con una serie de magnetos enfriados criogénicamente y que capturan las partículas procedentes del espacio. La forma en que esas partícuals curvan su trayectoria revela su carga y también su naturaleza. Gracias a los nuevos datos, la Física podría estar a punto de resolver algunos de los misterios sobre la composición y evolución del Universo en que vivimos.

«Recuerden -dijo Ting a sus colegas- que he invertido cerca de 18 años para producir estos resultados».