El pasado mes de abril la prestigiosa revista americana Physical Review Letters (Vol. 110(2013)141102) publicó los primeros resultados del proyecto denominado Espectrómetro Magnético Alfa (AMS, por sus siglas en inglés), que opera en la Estación Espacial Internacional (EEI) y en cuya construcción participaron algunos miembros del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), siendo la única institución latinoamericana en el proyecto AMS.
Antecedentes de esta aventura científica fueron publicados en el diario La Crónica de Hoy el 29 de abril del 2005. En ese tiempo se preveía que la instalación de AMS en la EEI ocurriría en 2007. Sin embargo, problemas presupuestales en la NASA, en parte resultado de la desgracia del Transbordador Espacial Columbia (1 de febrero 2003) retrasaron el lanzamiento hasta mayo de 2011. Afortunadamente, en sus primeros 2 años de observación el AMS ha podido reproducir los resultados de su antecesor, el proyecto PAMELA (Payload for Anti Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics). Este último fue enviado al espacio por un cohete Soyuz, ruso, en junio de 2006, perdiendo así (temporalmente) el AMS una carrera científica de la que apenas ahora nos estamos recuperando. El menor tamaño de PAMELA implicó, sin embargo, que en pocos meses AMS haya acumulado ya 10 veces más datos, recuperando así la ventaja, y reportando resultados que agregan importante información al enigma de la denominada materia obscura.
Revisemos brevemente los conceptos necesarios para entender este logro. Como se explicó en la nota de Crónica en 2005, cada una de las partículas elementales que constituyen a la materia “normal” (de la que estamos hechos nosotros) tiene asociada una gemela, cuyas propiedades son idénticas, salvo una de ellas. En el caso de las partículas con carga eléctrica, como el electrón, su gemela se denomina “positrón” que, como su nombre lo indica, es un electrón positivo. Lo notable de esta pareja es que en determinadas circunstancias, cuando interacciona un electrón con un positrón, ambos se aniquilan produciéndose dos fotones (cuantos de luz). Esto nos recuerda la famosa ecuación de Einstein, E=mc2, que vincula masa con energía. El proceso inverso también ocurre; a partir de fotones de suficiente energía se pueden producir pares partícula-antipartícula. Más en general, en la colisión de partículas de suficiente energía también pueden producir este tipo de pares. Un tema que relaciona a la antimateria con el origen del Universo, es que la mencionada simetría partícula-antipartícula hace suponer que la enorme energía inicial del Big-Bang debió dar como resultado cantidades iguales de materia y antimateria. El problema con ese modelo es que todo parece indicar que en la época actual el Universo está compuesto principalmente de materia. Así, el propósito inicial del AMS fue buscar evidencia de regiones del espacio dominadas por la antimateria en forma de (anti-)estrellas. Estos objetos, al igual que sus contrapartes de materia (las estrellas), al final de su vida lanzarían al espacio gran parte del material del que están hechos, misma que llegaría a la Tierra en forma de rayos cósmicos. Así, el AMS está constituido por un imán que permite distinguir a la antimateria entre los rayos cósmicos que cruza por su interior. Experimentos anteriores a AMS han mostrado que la escasa antimateria que llega a la Tierra proviene fundamentalmente de procesos secundarios. Es decir, choques entre los rayos cósmicos y las partículas “frías” (de baja energía) que componen al gas interestelar. Por otro lado, desde hace un tiempo los astrónomos han encontrado evidencias contundentes sobre la existencia dominante de un tipo especial de materia, que resulta ser insensible al electromagnetismo y a una fuerza nuclear denominada “fuerte”. La primera insensibilidad implica que en las interacciones que se dan entre ese tipo de partículas no se emite radiación electromagnética (luz), de allí el apodo de materia “obscura”. Aunque ese tipo de colisiones deben ser poco probables, su abundancia (5 veces superior a la materia “normal”), permite a los físicos de partículas estimar que en ellas se pueden producir (entre otros) pares electrón-positrón. Esa estimación se basa, sin embargo, en identificar a la materia “obscura” con un cierto tipo de partículas masivas débilmente interactuantes (o WIMP’s, por sus siglas en inglés) aún no observadas en los laboratorios terrestres.
En sus primeros años de observación, PAMELA encontró que a determinadas energías se presenta un exceso de positrones que sería consistente con la materia obscura. Sin embargo esos resultados no pudieron discriminar otro tipo de procesos de tipo cosmológico, como la aceleración de partículas normales (como electrones) interestelares por ondas de choque producidas por supernovas cercanas y/o cuásares. La diferencia entre los procesos cosmológicos y los positrones producidos por materia obscura resulta ser su distribución espacial. Es decir, los fenómenos cosmológicos son localizados, mientras que la materia obscura es ubicua. Los resultados reportados por AMS en abril de este año muestran que, dentro de 96%, la distribución angular de los positrones anómalos es isotrópica. Tal argumento se ha tomado como evidencia en favor de la interpretación basada en materia obscura. Hay otros observables accesibles a AMS, cuyos resultados deberán reportarse en un futuro próximo.
Concluyo esta nota resaltando que la participación de mexicanos en experimentos de gran ciencia es un hecho cada vez más frecuente que, por encima del interés humano, aporta al país experiencia en la frontera más avanzada de la ciencia y de la tecnología.
* Investigador del Instituto de Física de la UNAM y miembro del Consejo Consultivo de Ciencias
consejo_consultivo_de_ciencias@ccc.gob.mx
Copyright © 2013 La Crónica de Hoy .