La ventana WIMP para la materia oscura sigue con las puertas abiertas

Dibujo20180529 Bounds generic thermal WIMP windowarxiv 1805 10305

Las partículas WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) son los candidatos más firmes a la materia oscura desde hace 30 años. Su búsqueda directa ha sido infructuosa, pero todavía queda una amplia ventana no explorada para las partículas WIMP térmicas. Rebecca K. Leane (MIT, EE UU) y varios colegas estiman dicha ventana mediante un límite independiente del modelo para la sección eficaz de aniquilación de las WIMP. En concreto, para aniquilaciones de tipo 2+2 (es decir, χ + χ → SM + SM, siendo SM una partícula observable del modelo estándar) estiman la ventana WIMP térmica para masas entre 20 GeV/c² y 100 TeV/c². El resultado es que todavía faltan muchos lustros para que dicha ventana sea explorada de forma exhaustiva.

El artículo es Rebecca K. Leane, Tracy R. Slatyer, …, Kenny C. Y. Ng, “GeV-Scale Thermal WIMPs: Not Even Slightly Dead,” arXiv:1805.10305 [hep-ph].

Dibujo20180529 combined limit total annihilation cross section and threshold branching fractions wimp dark matter arxiv 1805 10305

Una partícula WIMP se comporta como materia oscura fría (CDM) si su masa es superior a un 1 keV/c², e inferior a unos 100 TeV/c². En las teorías más allá del modelo estándar (BSM) aparecen de forma natural partículas candidatas a WIMP con masas en la escala electrodébil. En las búsquedas indirectas de la materia oscura se intenta observar la señal de la aniquilación de partículas WIMP en partículas del modelo estándar observables en los rayos cósmicos. Leane y sus colegas estiman un límite de exclusión independiente del modelo para restringir estas búsquedas usando fotones (γ), leptones (electrones e, muones µ, y tau τ), quarks (bottom b, gluones g y quarks ligeros) y bosones (W, Z, y Higgs), todas las partículas esperadas salvo los neutrinos. Para ello usan los datos del fondo cósmico de microondas del telescopio espacial Planck (CMB), del telescopio espacial Fermi-LAT y del espectrómetro magnético alfa (AMS-02) en la ISS.

Los resultados combinados muestran una gran ventana aún no explorada si toda la materia oscura está constituida por partículas WIMP (si solo constituyen parte de la materia oscura la ventana es mucho más vasta). Se necesitan futuros instrumentos, como GAMMA-400, HERD (High Energy cosmic-Radiation Detection), PANGU (PAir-productioN Gamma-ray Unit), AMEGO (All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory), ComPair (Compton-Pair Production Space Telescope), o LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory), para explorar de forma exhaustiva la ventana WIMP aún abierta. Mientras tanto habrá que seguir buscando señales con los instrumentos en curso, como CTA [152], H.E.S.S., VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System), MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes), HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Observatory), o DAMPE (Dark Matter Particle Explorer mission).

En resumen, Rebecca K. Leane y sus colegas nos recuerdan que las partículas WIMP aún no están muertas como candidato firme a materia oscura. A pesar de la infructuosa búsqueda en curso, los nuevos límites nos recuerdan que las partículas WIMP siguen vivas y coleando. La búsqueda continúa y deberá continuar durante mucho tiempo.

3 comentarios

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espaidual espaidual

gracias por la entrada!
Dentro de mi ignorancia sobre el tema, justo hace dos meses le preguntaba a cierto profesor que trabaja con ésta hipótesis de ´SUSSY -> WIMP´ sobre los limites impuestos por el CMB (considerando también antimateria por la violación CP), y si no llegaría el día en que podría descartarse. Creía que era algo bien estudiado pero, para mi sorpresa, no supo darme una respuesta y me dio a entender que la ventana sería absurdamente grande y no hacía falta ni planteárselo.
Me alegra saber que no era una pregunta del todo estúpida!

espaidual espaidual

muchas gracias Francis,
no es lectura corta pero me parece muy accesible.

Tan solo el concepto de community Report me parece impresionante. En mi campo, los workshops no acostumbran a producir más que algún libro con capítulos independientes que barren para casa. No puedo ni imaginar lo que debe costar sacar algo así adelante, por encima de egos e intereses.

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