jueves, 18 de abril de 2013

#33 Acerca de los primeros resultados del AMS

Existen dos maneras de medir los rayos cósmicos que nos llegan del espacio. Una manera indirecta, esperando observar qué efectos tienen los rayos cósmicos al interactuar con partículas de la atmósfera, y otra más bien directa, yendo al espacio y midiendo desde ahí. Elegir una u otra dependerá de la cantidad de dinero que seamos capaces de pasar por caja. Esto es, si no contamos con los millones necesarios, mejor nos quedamos en la Tierra e intentamos medir desde acá. Esto ya se hace, existe una veintena de proyectos de base tierra que miden la cantidad de rayos cósmicos mediante los "productos" que hacen su aparición en cascada cuando un rayo cósmico golpea la parte alta de la atmosfera. Por poner un ejemplo tenemos el Pierre Auger Observatory, que es un observatorio de rayos cósmicos ultra energéticos. La idea es tan simple como colocar contenedores de agua distribuidos de manera estratégica en algun área. Abajo la foto de uno de tales contenedores.




Si un rayo cósmico ha atravesado la atmósfera, lo más probable es que choque con alguna de las tropocientas moléculas que  la habitan (probablemente nitrogeno u oxigeno). Estas moléculas recibirán una enorme porción de energía y se desintegrarán en otras partículas que a su vez alcanzarán más moléculas que se encuentren por ahí. Esto provocará una cascada de partículas que en general cubren un gran área cuando alcanzan la superficie. De ahí la necesidad de cúbrir grandes áreas con tales contenedores para determinar que tipo de partícula inicio la cascada. Todavía más problematico aún es la necesidad de recurrir a modelos para estas cascadas que permitan discernir la partícula semilla. Esto como se imaginarán es algo que hace de este método "relativamente" barato (contenedores que detecten emisión Cherenkov por otro lado no son cosa de juego) bastante complejo.

Obviamente uno pensaría que si fueramos directamente al espacio, podríamos interceptar las partículas antes de que se desintegren en miles de millones en la atmósfera, lo que nos daría la ventaja de saber con precisión que nos esta llegando. Y si tenemos una estación espacial a nuestro servicio y millones de dolares del CERN y colaboradores internacionales, tenemos el plato servido. El Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) instalado en la International Space Station (ISS) es un detector de rayos cósmicos (partículas cargadas ultra relativistas que suelen tener origen cósmico). La partícula de principal interés para esta misión es el positron. El positron es una partícula muy interesante, porque veas por donde lo veas, la falta de positrones es alarmante. El universo debería tener tantos positrones como electrones, pero esto no es así. La carencia de positrones es uno de los grandes misterios de la ciencia.


Aún con el desconocimiento de como desaparecio del Universo toda la antimateria "reliquia" del Big Bang, existen muchos otros procesos que crean antimateria continuamente. Medir el total común de la cantidad de positrones que nos llegan es la misión del AMS y podría dar claves de que paso con toda esa antimateria. La próxima figura es el resultado global de 18 meses de detección que indica la fracción de positrones a cada intervalo de energía. La curva tiende a decaer hacia un valor (~10 GeV), tras lo cual la emisión que nos llega del espacio aumenta hasta valores que no pueden determinarse todavía con la cantidad de datos observados hasta el momento.


El artículo técnico de recomendable lectura nos cuenta más en detalle. El exceso de la fracción de positrones no puede ser explicado a menos que se asuma un origen astrofísico no tomado en cuenta hasta ahora en los modelos o nueva física de partículas. Lo primero supone que no entendemos bien la física de los púlsares (estrellas colapsadas que soportan su gravedad únicamente por el principio de exclusión de Pauli, que contienen toda su masa en un volumen esférico de solo algunas decenas de kilómetros y que rotan sobre si mismas a tal velocidad que son capaces de completar una vuelta sobre su eje en fracciones de segundos). Si este es el origen del exceso de positrones que nos llegan, en los próximos años y segun se vayan completando los datos, la curva decaerá a altas energías. De no hacerlo, y esta es la noticia que tiene emocionado a todo el mundo, la mejor hipótesis será recurrir a la aniquilación de materia oscura en el halo de la galaxia. Podemos leerlo aquí, donde se darán detalles acerca del tema.

La matería oscura ya ha pasado por este blog antes. Representa una piedra en el zapato para la astronomía y la física por igual. Siempre escapa a todas las observaciones, perdiéndose de manera misteriosa y evadiendo nuestros esfuerzos más hercúleos por encontrarla. Desde hace mucho se asume que esta sería una clase de partícula que solo sea afectada por la fuerza de gravedad. Esto evitaría que emitiera fotones, y por lo tanto seriamos ciegos a ella. Sin embargo, finalmente podría estar empezando a deslizarse la cortina que nos impide verla. Los positrones actuarían como nuestra luz, y el AMS sería nuestros ojos. Ojos para ver materia oscura. Pero todavía no cantemos victoria...

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