Jodi Cooley del CDMS: observados dos eventos tipo WIMP de 100 GeV con certeza al 77%

Por Francisco R. Villatoro, el 17 diciembre, 2009. Categoría(s): Ciencia • Física • Materia oscura • Noticias • Physics • Science ✎ 3

Todos estábamos pendientes de lo que pudiera contar Jodi Cooley, hoy a las 23:00 hora española, sobre los descubrimientos recientes de la colaboración CDMS Run II. Tras una introducción general orientada a los medios sobre la materia oscura, sobre el uso de “vacas” para modelar distribuciones de materia oscura, así como sobre el funcionamiento de los detectores de germanio utilizados, a las 23:35 Jodi anunció que se habían observado dos eventos cuya mejor explicación son sendas partículas de materia oscura tipo WIMP con una masa de unos 100 GeV (según el paper de 70 GeV). La evidencia es todavía pobre. Hay un probabilidad del 23% de que sean meras fluctuaciones del ruido de fondo (background), lo que equivale a un intervalo de confianza del 90%. Buenas noticias o malas, según se mire, pero buenas en cualquier caso para la nueva versión del CDMS el SuperCDMS. Habrá que esperar a que el preprint en ArXiv esté accesible esta noche, sobre las 2:00, para conocer los detalles técnicos.

PS (18 diciembre 2009, 00:20): La evidencia de 2 eventos tipo WIMP con una probabilidad del 23% nos da un intervalo de confianza menor de 2 sigma. Hay que recordar que un descubrimiento definitivo requiere del orden de 5 sigma. Una evidencia tan pobre como la observada apunta más a una fluctuación aleatoria (que hayan observado una partícula conocida) que a un descubrimiento. La charla ha tenido un revuelo mediático que quizás no merecía. Parece una charla de autopromoción del CDMS: nos quieren vender que SuperCDMS, que funcionará en 2010, podría detectar algo (ya que CDMS ha sido incapaz de lograrlo). Una pena… aunque yo ya me olía que así iba a ser.

PS (18 diciembre 2009): No encuentro el nuevo paper en ArXiv y parece que no soy el único torpe. ¿Lo habrán colgado? ¿Aparecerá mañana? Nota de Prensa “Latest Results in the Search for Dark Matter,” CDMS Press Office, Thursday, December 17, 2009. Un relato excelente en directo de lo ocurrido durante la conferencia de Jodi en JoAnne, “Dark Matter Detected, or Not? Live Blogging the Seminar,” Cosmic Variance, 17 Dec. 2009.

PS (18 diciembre 2009): Gracias a Anto, podemos comentar el preprint del artículo técnico. Como lo enviaron el 18 de diciembre aparecerá el 19 de diciembre en ArXiv (¡cosas de ArXiv y su sistema de editores!).

El experimento CDMS (Cryogenic Dark Matter Search experiment) en el Laboratorio Subterráneo de Soudan, Minnesota, EE.UU., está diseñado para detectar señales de partículas de materia oscura utilizando detectores de estado sólido, tanto de germanio como de silicio, enfriados a menos de 50 mK (milikelvin). La detección de partículas de tipo WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) sólo se puede realizar utilizando los detectores de germanio. Los detectores están agrupados por torres, T1-T5, y por filas dentro de cada torre, Z1-Z6 (un total de 30 detectores). El choque de la partícula WIMP proveniente del halo de materia oscura que envuelve nuestra galaxia con un núcleo (con un nucleón, protón o neutrón del núcleo) de un átomo germanio hace vibrar la estructura cristalina del material del detector, lo que produce fonones (vibraciones cuánticas) con una energía de decenas de keV (kiloelectrónvoltio). Los detectores de silicio tienen muy poca sensibilidad a la colisión de partículas tipo WIMP con núcleos.

Los datos analizados se han obtenido entre julio de 2007 y septiembre de 2008. Han observado dos eventos (T1Z5 y T3Z4) utilizando los detectores de germanio cuyo análisis indica que podrían corresponder a la detección de sendas partículas WIMP. Han sido detectores en torres diferentes y con una separación de varios meses. La probabilidad de que dichos eventos hayan sido producidos por partículas de materia ordinaria es alta, del orden del 23%. Lo que ni rechaza ni confirma que realmente se haya realizado un descubrimiento (“the results of this analysis cannot be interpreted as significant evidence for WIMP interactions, but we cannot reject either event as signal“). 

La figura de arriba muestra los dos eventos. El rectángulo rojo de la figura de la derecha indica la región (ionización normalizada respecto a tiempo normalizado) donde se esperaría encontrar partículas WIMP con una masa del orden de 60 GeV. Como vemos, ambos eventos se encuentran en dicha región aunque en la parte más a la izquierda de la misma. Para estimar la probabilidad de que dichos eventos sean producto de partículas de materia ordinaria se han utilizado simulaciones de Montecarlo con el programa Geant4.

Lo más importante del descubrimiento es que permite obtener nuevos límites inferiores para las masas de las partículas WIMP (gracias al resto de los eventos estudiados) y que si en un futuro se descubren las WIMP y casan bien con los dos eventos encontrados quizás este anuncio pase a la historia de la física de partículas elementales. Pero no debemos olvidar que es muy difícil hacer física de partículas elementales con sólo dos eventos. Se requieren cientos o incluso miles para tener certeza de que lo que se está observando realmente es lo que uno interpreta. La interpretación “correcta” es clave en este tipo de descubrimientos experimentales.

Finalmente, comentaros que el artículo técnico se lee bastante bien incluso para cualquier estudiante de física o ingeniería, así que os recomiendo su lectura, Z. Ahmed et al. (CDMS Collaboration), “Results from the Final Exposure of the CDMS II Experiment,” ArXiv, 19 Dec. 2009 [disponible en ArXiv desde el lunes 21 dic. 2009].

PS (18 diciembre 2009): Seguramente esta noticia acabará siendo portada en Menéame: ¿Sé ha encontrado la materia oscura? [eng].

PS (18 diciembre 2009): Ya es portada en Menéame. Por cierto, Peter Woit tiene una entrada en su blog que hay que leer, “Has Dark Matter Finally Been Detected? No,” Not Even Wrong, December 17th, 2009. Nos recuerda que el análisis que ha detectado los dos eventos candidatos se basa en tomar un parámetro con un valor 0,6 pero dicho parámetro también podría tomar otros valores, como 0,4 en cuyo caso la caja roja en la parte izquierda de la figura de arriba se mueve hacia la derecha y los dos eventos tipo WIMP se salen de la caja y dejan de ser eventos tipo WIMP. Literalmente en el paper “Reducing the revised expected surface-event background to 0.4 events would remove both candidates.” There really literally is no signal here.” Para Peter Woit es una prueba clara de que se ha observado una fluctuación aleatoria y no una nueva partícula. Sólo el futuro decidirá quien tiene razón.

PS (18 diciembre 2009): Jodi Cooley hasta en la sopa… se conecta uno a Internet, busca y la encuentra. Los interesados en el ver el vídeo de su charla con una introducción de Blas Cabrera pueden recurrir a KITP: “New Results from the CDMS II Experiment,” Jodi Cooley, SMU (remotely from SLAC), Blas Cabrera (Stanford & KITP), Dec. 17, 2009, que incluye vídeo (Flash, QuickTime, RealMedia) y transparencias (PDF). Además es interesante la charla del propio Blas Cabrera “Future of CDMS: SuperCDMS Soudan, SuperCDMS SNOLAB & GEODM DUSEL + iZIP Huge Detector Advance,” Dec. 18, 2009 [incluye vídeo, pero no trasnparencias]. Ambas enmarcadas en el “KITP Miniprogram: Direct, Indirect and Collider Signals of Dark Matter (December 7-18, 2009),” coordinado por Nima Arkani-Hamed, Douglas Finkbeiner, Neal Weiner.



3 Comentarios

    1. Muchas gracias, Anto. Lo leeré ahora mismo y completaré esta entrada con un resumen breve en español. Habrán enviado el preprint tarde. Seguramente el preprint estará disponible en ArXiv esta noche.

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