viernes, 28 de enero de 2011

La caza de la materia oscura comienza en el Gran Colisionador de Hadrones

Uno de los primeros eventos detectados en el CMS mostró evidencia de dos chorros de energía. Las columnas azul y rojo representan energía depositada en el detector, mientras que la curva amarilla son trazas de partículas. Créditos: CERN.
Los físicos están más cerca que nunca de encontrar la fuente de la misteriosa materia oscura del Universo, después de un año mejor de lo esperado en el Solenoide compacto de muones (CMS), un detector de partículas, que forma parte del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN en Ginebra.

Los científicos han llevado a cabo la primera ejecución completa de experimentos con colisiones de protones  casi la velocidad de la luz. Cuando estas partículas sub-atómicas chocan en el núcleo del detector CMS, la energía resultante y las densidades son similares a los que estaban presentes en los primeros instantes del Universo, inmediatamente después del Big Bang hace unos 13,7 millones de años. Las condiciones únicas creadas por estas colisiones puede conducir a la producción de nuevas partículas que han existido en esos instantes tempranos y que han desaparecido desde entonces.

Los investigadores consideran que tales condiciones serán capaz de confirmar o descartar una de las teorías principales que podría resolver muchas de las cuestiones pendientes de la física de partículas, conocida como supersimetría (SUSY). Algunos esperan que tal teoría podría ser una extensión válida para el modelo estándar de física de partículas, que describe las interacciones de las partículas subatómicas conocidas con precisión asombrosa, pero no tiene en cuenta la relatividad general, la materia oscura y energía oscura.

La materia oscura es una sustancia que no podemos detectar directamente, pero cuya presencia se infiere en la rotación de las galaxias. Los físicos creen que constituye una cuarta parte de la masa del Universo, mientras que la materia ordinaria y visible sólo representa aproximadamente el 5% de la masa del Universo. Su composición es un misterio, dando lugar a posibilidades interesantes de la física hasta ahora no descubiertas.

El profesor Geoff Hall del Departamento de Física del Imperial College de Londres, que trabaja en el experimento CMS, empresa: "Hemos hecho un importante avance en la búsqueda de materia oscura, aunque ningún descubrimiento ha sido hecho. Estos resultados llegaron más rápido de lo que esperábamos debido a que el LHC y CMS tuvo un mejor desempeño hace dos años, durante 2010 no teníamos esperanzas y ahora estamos muy optimistas sobre las perspectivas de supersimetría en los próximos años".

La energía liberada en las colisiones protón-protón en el CMS se manifiesta en forma de partículas que vuelan en todas direcciones. La mayoría de las colisiones producen partículas conocidas, pero, en raras ocasiones, nuevas se pueden producir, como las previstas por SUSY - conocidas como partículas supersimétricas, o partículas-s. La más ligera partícula es un candidato natural de la materia oscura, ya que es estable y el CMS sólo "ve" estos objetos a través de la ausencia de señal en el detector, lo que lleva a un desequilibrio de la energía y el impulso.

Con el fin de buscar partículas-s, el CMS busca colisiones que producen dos o más 'jets o chorros de energía' de alta energía (racimos de partículas que viajan aproximadamente en la misma dirección) y la energía faltante importante.

El Dr. Oliver Buchmueller, también del Departamento de Física del Imperial College de Londres, pero con sede en el CERN, explica: "Necesitamos una buena comprensión de las colisiones ordinarias para que podamos reconocer los inusuales cuando se produzcan. Tales colisiones son raras, pero pueden reproducirse por la física conocida. Examinamos unos 3 billones de colisiones protón-protón y encontramos 13 similares a SUSY, alrededor del número que se esperaba. Aunque no hay evidencia de partículas-s se encontró, esta medida limita el ámbito de la búsqueda de materia oscura de manera significativa".

Los físicos están buscando ahora con interés los resultados de 2011 del LHC y CMS, que se espera aporte los datos que podrían confirmar supersimetría como una explicación de la materia oscura.

El experimento CMS es uno de los dos experimentos de propósito general diseñado para recoger datos del LHC, junto con ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). El Grupo de Física de Alta Energía de Imperial College ha jugado un papel importante en el diseño y la construcción de la CMS, y ahora muchos de los miembros están trabajando en la misión de encontrar nuevas partículas, incluyendo la partícula bosón de Higgs (si existe), y resolver algunos de los misterios de la naturaleza, por ejemplo, de dónde procede la masa, por qué no hay antimateria en nuestro universo y si hay más de tres dimensiones espaciales.

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