COSINE-100 desfavorece una WIMP como causa de la modulación DAMA/LIBRA

La modulación anual DAMA/LIBRA es la señal más significativa hasta ahora de la materia oscura. Su confirmación o refutación requiere usar un detector de yoduro de sodio, como COSINE-100, ANAIS o SABRE. Se publican en Nature los primeros resultados de COSINE-100; no se observa nada tras 59.5 días de toma de datos. Se desfavorece(*) así que una partícula WIMP con una masa de unos 10 GeV/c² sea la causa de la señal DAMA/LIBRA, para una interacción con el nucleón independiente del espín. Por supuesto, para refutar de forma definitiva la modulación anual habrá que esperar un par de años de toma de datos.

La oscilación anual DAMA/LIBRA ya alcanza las 12,9 sigmas (LCMF, 03 Abr 2018). Pero desde hace una década los experimentos basados en xenón, como XENON100 (LCMF, 08 Ene 2017) y XMASS (LCMF, 28 May 2018) descartan una partícula WIMP de materia oscura con la masa y sección eficaz necesaria para explicar la señal DAMA/LIBRA. Pero no se puede descartar que la partícula de materia sea mucho más exótica. De ahí la importancia de experimentos con el mismo material en el detector, NaI(Tl), como el español ANAIS o el surcoreano COSINE-100. Ya hay explicaciones de la modulación sin materia oscura (LCMF, 07 Jul 2014), pero no convencen a los responsables de DAMA/LIBRA.

El nuevo artículo es The COSINE-100 Collaboration, “An experiment to search for dark-matter interactions using sodium iodide detectors,” Nature 564: 83–86 (05 Dec 2018), doi: 10.1038/s41586-018-0739-1 (aún no está disponible en arXiv). Más información sobre la señal DAMA/LIBRA en este blog en “La modulación anual observada por DAMA/LIBRA y la existencia de materia oscura”, LCMF, 18 Sep 2012. Más información divulgativa sobre el nuevo resultado en “COSINE-100 experiment investigates dark matter mystery,” Phys.org, 05 Dec 2018; Emily Conover, “A controversial sighting of dark matter is looking even shakier,” ScienceNews, 05 Dec 2018; Andrew Grant, “Long-standing dark-matter detection claim takes a hit,” Physics Today, 05 Dec 2018; Adrian Cho,”Underground experiment casts doubt on controversial dark matter claim,” Science News, 05 Dec 2018; etc.

(*) He cambiado “descarta” en el título y en el texto por “desfavorece”, porque quizás es aún pronto para “descartar” nada en esta cuestión. Gracias, Avelino Vicente‏ @AvelinoQuantum, por comentarlo.

El detector COSINE-100 está en el Laboratorio Subterráneo de Yangyang, Corea del Sur, y comenzó la toma de datos en 2016. Está formado por ocho cristales de yoduro de sodio dopado con talio, NaI(Tl), con una masa total de 106 kg. Estos cristales de muy alta calidad y bajos niveles de contaminación radiactiva se encuentran sumergidos en 2200 litros de líquido centelleador. El nuevo resultado corresponde a 59.5 días de toma de datos entre el 20 de octubre de 2016 y el 19 de diciembre de 2016.

El análisis se basa en los seis cristales de mayor calidad, que alcanzan una sensibilidad de 2 keV; se han descartado los otros dos que solo alcanzan 4 keV y 8 KeV. Estos números son resultado de su calibración en energía y medida de su eficiencia basados en desintegraciones de potasio-40. Para estudios de la modulación anual (tras la toma de datos durante un par de años), dichos cristales también serán usados.

Esta figura muestra los datos observados y las predicciones teóricas para una partícula WIMP con una masa de 10 GeV/c² (la curva roja con dicha partícula y la curva azul sin ella). Los datos se ajustan muy bien con la hipótesis nula, es decir, ausencia de dicha partícula candidata a materia oscura. Se han realizado estudios similares para 18 posibles partículas con masas entre 5 GeV/c² y 10 TeV/c² con idénticos resultados. Así se han obtenido los datos que aparecen en la curva de exclusión de la figura que abre esta entrada.

En resumen, habrá que estar al tanto del progreso de los experimentos COSINE-100 y ANAIS durante el próximo año. Pero por ahora todo apunta a que la modulación DAMA/LIBRA tiene un origen que no tiene nada que ver con la materia oscura.



14 Comentarios

  1. No te ha salido el enlace a tu otra entrada.
    Me refiero a esta frase:
    “Ya hay explicaciones de la modulación sin materia oscura (LCMF, 07 Jul 2014)”

    Muchas gracias por la entrada, como siempre 😉

  2. ¿Este tipo de resultados junto con estos otros: https://francis.naukas.com/2018/10/22/la-supersimetria-y-la-nueva-medida-del-momento-dipolar-electrico-del-electron/ y el hecho de que en el LHC no haya aparecido ni rastro de SUSY no son aún motivos suficientes para descartar la supersimetría como modelo alternativo (o como poco prometedor) para superar al modelo estándar?

    De hecho, según el propio Francis comenta, los límites del EDM del electrón (junto con que en el LHC no haya visto ni rastro, etc.) ya supone que muy probablemente de existir, las superpartners más ligeras estén en la escala de los O(10) TeV, lo cual tiene el inconveniente de perjudicar parte del “atractivo” de la propia supersimetría: en concreto, a esas escalas ya no habría un claro candidato WIMP para explicar la materia oscura, ni tampoco serviría para poder explicar el fine-tunning de la masa del Higgs, etc.

    Es decir, que sí, que todavía SUSY puede aparecer por ahí “arriba”, pero en el camino creo que se ha perdido ya a día de hoy gran parte de su atractivo original. Y la cosa va a peor conforme debemos buscar estas nuevas partículas en rangos cada vez mayores. No pinta bien la cosa, y de hecho en parte eso puede explicar que ya se use marketing descaradamente engañoso en la búsqueda de nuevos fondos públicos con los que seguir buscando estas partículas (¿fantasmas?): http://backreaction.blogspot.com/2018/12/cern-produces-marketing-video-for-new.html

    Por cierto, que se agradecería una entrada de Francis sobre este asombroso caso de marketing engañoso por parte del mismísimo CERN. De la falta de evidencia, indicios, y pistas de física más allá del modelo estándar en el LHC (es decir, de su fracaso en esta tarea), aparecen ahora este tipo de vídeos engañabobos y vendehumos para que sigamos metiendo ingentes cantidades de dinero público en estos cacharretes monstruosos en la búsqueda de “la partícula perdida”.

    Un saludo.

  3. ¿Este tipo de resultados junto con otros como el descrito en la entrada “La supersimetría y la nueva medida del momento dipolar eléctrico del electrón”, y el hecho de que en el LHC no haya aparecido ni rastro de SUSY no son aún motivos suficientes para descartar la supersimetría como modelo alternativo (o como poco prometedor) para superar al modelo estándar?

    De hecho, según el propio autor de este blog comenta, los límites del EDM del electrón (junto con que en el LHC no haya visto ni rastro, etc.) ya supone que muy probablemente de existir, las superpartners más ligeras estén en la escala de los O(10) TeV, lo cual tiene el inconveniente de perjudicar parte del “atractivo” de la propia supersimetría: en concreto, a esas escalas ya no habría un claro candidato WIMP para explicar la materia oscura, ni tampoco serviría para poder explicar el fine-tunning de la masa del Higgs, etc.

    Es decir, que sí, que todavía SUSY puede aparecer por ahí “arriba”, pero en el camino creo que se ha perdido ya a día de hoy gran parte de su atractivo original. Y la cosa va a peor conforme debemos buscar estas nuevas partículas en rangos cada vez mayores. No pinta bien la cosa, y de hecho en parte eso puede explicar que ya se use marketing descaradamente engañoso en la búsqueda de nuevos fondos públicos con los que seguir buscando estas partículas (¿fantasmas?): http://backreaction.blogspot.com/2018/12/cern-produces-marketing-video-for-new.html,

    Por cierto, que se agradecería una entrada de Francis sobre este asombroso caso de marketing engañoso por parte del mismísimo CERN. De la falta de evidencia, indicios, y pistas de física más allá del modelo estándar en el LHC (es decir, de su fracaso en esta tarea), aparecen ahora este tipo de vídeos engañabobos y vendehumos para que sigamos metiendo ingentes cantidades de dinero público en estos cacharretes monstruosos en la búsqueda de “la partícula perdida”.

    Un saludo.

    1. Samu, el atractivo teórico original de la supersimetría no tiene nada que ver con los resultados observacionales que comentas. Su atractivo es más profundo, facilita la integrabilidad en las teorías cuánticas de campos y facilita la unificación de las interacciones, todo a ello a alta energía. Una SUSY a baja energía es poco atractiva, per se.

      Para hacer atractiva la SUSY para los físicos experimentales, que llevan estudiando la escala electrodébil desde los 1980 y siguen en ello, se planteó la posibilidad de que resolviera ciertos problemas de dicha escala. Podía resolverlos sin forzar la teoría, luego se llamó solución “natural” a dicha solución, aunque su escala de energía no era muy baja y no había hasta entonces ningún indicio de la SUSY. Pero dicha solución tiene sus propios problemas, como exigir un Higgs con masa inferior a 100 GeV, y estirando todo lo posible inferior a 125 GeV; con un Higgs en el borde superior dicha solución “natural” deja de ser “tan” natural (requiere ajustes finos). Así que es de esperar que no se observe la supersimetría por debajo de 1 TeV; pero como sabemos buscarla, usamos la excusa de que puede esconderse en muchos lugares. Por ello no perdemos la esperanza de encontrarla por debajo de 10 TeV (el LHC no podrá explorar casi nada de esta región). Y a finales de este siglo se la seguirá buscando por debajo de 100 TeV. La Naturaleza a veces nos ofrece sorpresas y encontrar la supersimetría en estas escalas será toda una sorpresa.

      Por otro lado, no hay ninguna razón firme para que la partícula WIMP sea supersimétrica; en la búsqueda de materia oscura se usa una teoría efectiva que no impone dicha condición de forma explícita; aunque los candidatos supersimétricos son muy “naturales” si la SUSY es “natural” en la escala O(TeV).

      Y, finalmente, que Sabine diga que es “marketing engañoso” no significa que lo sea. El LHC explora una escala de energía no explorada y en esta tarea su labor está siendo todo un éxito. Quien no lo vea se autoengaña.

      Saludos.

      1. Por cierto, una curiosidad. ¿Has leído el libro de Sabine: “Lost in math”? Trata precisamente sobre el sobrevalorado (en opinión de la autora) tema de la “naturalidad” y la simplicidad; y nos cuenta que la experimentación actual es guiada (de manera sesgada) por una especie de esperanza innata que nos hace ir en busca de una supuesta -e injustificada- “belleza” inmanente en el mundo físico (algo así como un deseo instintivo -subjetivo- muy humano). Si no lo has leído y te apetece, te lo puedo pasar en formato PDF. Creo que su lectura merece la pena (se comparta o no el punto de vista de Sabine, al menos da mucho que pensar).

        Un saludo de nuevo.

          1. Es curioso como todos tachan a todos de actuar sesgados. Más que ciencia esto parece ya política xD.

            Y sin embargo, los resultados empiricos siguen dando la razón a Sabine, y la “vieja escuela” está experimentalmente cada vez más ante las cuerdas. Pero bueno, el tiempo dará definitivamente la razón…dentro de 30 ó 40 años cuando el nuevo acelerador (se construya finalmente donde sea), encuentre o no indicios de nueva física. Pero bueno, incluso si este nuevo experimento falla todavía podremos invertir un siglo más en construir el siguiente. Y así mientras la civilización aguante…

          2. No, perdón Samu, los resultados sobre física no le dan la razón a Sabine. Lo siento, ella habla de sociología, sin ser socióloga, no de física, siendo física. Y vende libros porque su sociología es fácil de entender para quien no entiende la física.

          3. Perdóname tú, Francis. No cabe duda de que son pocos los que entienden de física en España a un nivel de tu altura (lo digo sin ironía), pero esta frase tuya: “[…]Por ahora no podemos afirmar a la ligera que se excluye la supersimetría en la escala TeV usando solo el nuevo límite para el EDM del electrón (o que no haya sido encontrada aún ninguna partícula supersimétrica en el LHC). La búsqueda debe continuar. Aún así, parece claro que tenemos que explorar la escala de los O(10) TeV, fuera del alcance del LHC. Futuros colisionadores de partículas con colisiones a O(100) TeV parecen imprescindibles. El futuro SPPC chino será la gran esperanza de la física de partículas en la segunda mitad del siglo XXI.”, parece sacada directamente del libro de Sabine. Es un calco preciso de lo que ella critica en su obra, y que tú mismo promulgas sin vergüenza: “en el LHC no hemos visto nada así que patadón para delante y a buscar en los O(10) o los O(100), a ver si hay suerte”. Pero, ¿qué pasa si el siguiente fenómeno se encuentra varios órdenes de magnitud más allá? Estoy seguro de que, con todo lo que sabes de física, estarás de acuerdo en que si la fenomenología por “descubrir” se encontrase, por ejemplo, en los O(1000) TeV no habría manera humana de construir un acelerador capaz de sacarla a la luz sin hacer un aparato astronómico (literalmente). ¿Es necesario entonces seguir “malgastando” dinero y esfuerzos varios siglos más (rebuscando en los rangos de energía “asequibles” que aún nos quedan) buscando esos fenómenos que no tenemos la más mínima evidencia de que vayan a estar ahí, o de que si están, puedan requerir de un esfuerzo sobrehumano para su estudio? ¿No hay acaso otra alternativa mejor a la del multimillonario “patadón para delante”? ¿No sería como poco necesario un estudio pormenorizado para concluir si continuar académicamente de la manera en que se ha hecho con tan poco éxito en los últimos 30 años o si estamos atorados en un esfuerzo inútil fruto de un sesgo cognitivo (que es, como ya sabes, lo que defiende Sabine)?

            Quizás el problemas es que los físicos saben demasiado de física, pero quizás demasiado poco de lo que es en sí el hombre. Aquí sesgos tenemos todos, y no te puedes excluir alegremente tí mismo porque: “sepas mucha física”. Sigues procesando información con un cerebro (casi) de mono con enormes sesgos cognitivos, y eso a pesar de toda la física y la matemática que a todos nos consta que sabes (Sabine también sabe lo suyo del tema, y culparla de que dice lo que dice llevada simplemente por la codicia me parece injusto, por cierto).

            Y evidentemente comprendo que las conclusiones de Sanine no gusten, o que no convengan debido a situaciones personales subjetivas (es complicado criticar que se dediquen fondos a cosas que nos gustan e incluso que probablemente nos den de comer). Sin embargo, te insisto (desde el inframundo del que “no sabe” de física) que toda la ristra de experimentos “fallidos” en estos últimos 30 años en el intento de encontrar indicios experimentales para algo que vaya más allá del modelo estándar como poco debería de hacernos reflexionar (sin negar la mayor por las bravas), si estamos o no trabajando correctamente en el campo de la física teórica actual.

            Un saludo de nuevo.

          4. Vamos a ver Samu, estás mezclando cosas distintas y creo que tu desconocimiento de la Física moderna te ha echo caer en los equivocados e interesados “argumentos” de Sabine. Por un lado es legítimo e incluso necesario abrir un debate sobre si es conveniente gastar dinero y recursos en fabricar nuevos aceleradores de partículas teniendo en cuenta los resultados del LHC pero es que esto es una obviedad que utiliza Sabine para erigirse en una especie de “líder” de la lucha contra el “mainstream” de los “estúpidos” científicos que despilfarran recursos en buscar cosas absurdas como la “belleza” de la naturaleza. ¿Es que no te das cuenta de lo inutil y contraproducente de su argumentación? Además de inútil e interesada, su argumentación y por tanto la tuya es totalmente equivocada: por un lado existen muchos otros proyectos de investigación experimental para ir más alla del SM aparte de los aceleradores (rayos cósmicos, neutrinos, desintegración del protón, búsqueda de monopolos magnéticos, desviaciones de la gravedad, desviaciones de lineas espectrales, interferometría, el propio proyecto LIGO, etc) ¿Donde ves tu el “atasco” de la Física? y por otro lado (y esto es lo que de forma increíble la propia Sabine parece desconocer) existe un arma de inmenso poder que la Física teórica moderna lleva décadas utilizando: el poder de las Matemáticas. Combinando las Mátemáticas y las leyes Físicas conocidas podemos inferir propiedades del mundo Físico real que deben cumplirse aunque su verificación experimental DIRECTA sea difícil o incluso imposible. Entender esto es clave. Te voy a poner dos ejemplos:
            1) La radiación de Hawking: Posiblemente nadie nunca jamás va a medir DIRECTAMENTE la radiación de un agujero negro, sin embargo, todas las leyes físicas conocidas (termodinámica,teoría cuántica, QFT, etc) nos indican que esta radiación TIENE QUE EXISTIR. Por esto, ningún Físico serio (entre los que no se encuentra Sabine) que entienda los principios en los que se basó Hawking en su desarrollo duda de su existencia.
            2º) La dualidad ADS/CFT: Aún no existe una prueba Matemática rigurosa (ni experimental) de su validez, pero existen innumerables indicios, pruebas de consistencia no triviales, pruebas indirectas, desarrollos teóricos, cálculos Matemáticos, etc que nos indican su validez.
            Resumiendo: Hay mucho más que aceleradores de partículas en la Física fundamental, como te ha explicado Francis más arriba conceptos como SUSY no se inventaron por “capricho” de los Físicos sino que su origen es mucho más profundo, responde a criterios de simetría, de consistencia, de una unificación (observada incluso experimentalmente a baja energía) de las fuerzas fundamentales… estas y muchas otras cosas es a lo que los Físicos teóricos se refieren cuando hablan de “belleza”, una belleza que “físicos” frustrados como Sabine no saben apreciar, una belleza que por supuesto existe en la naturaleza, una belleza que guió a Einstein a desarrollar la relatividad y que está conduciendo a las mentes más brillantes de la actualidad a descubrir los secretos más profundos del propio espacio-tiempo en el que habitamos. ¿Te vas a perder todo esto por seguir los estúpidos desvaríos de Sabine?

          5. Perdona, planck. Pero cuando he leído eso de: “[…] ha echo” he dejado de leerte. No sé qué estudios tienes (ni sé por qué pones en duda cuánta física yo conozco o dejo de conocer), pero si ni siquiera sabes escribir bien, dudo mucho que tengas algo interesante que decir sobre el asunto que estamos debatiendo.

            Es como le dije antes a Francis: me parece a mí que el problema puede venir de que los físicos saben mucho de física y matemáticas…pero de poco más. Quizás un poco de cultura general (filosofía y humanismo incluidos), no sea tan mala idea para intentar salir del fiasco experimental de 30 años que llevamos acumulado…en lugar de dar “patadas hacia delante” invirtiendo en nuevas monstruosidades multimillonarias. Qué mejor que estudiar la esencia de nuestra cognición para lograr entender nuestras limitaciones, fracasos y posibles sesgos actuales. Y precisamente es eso lo único que propone, Sabine..a sabiendas de que simplemente por pedir reflexión va a ser perseguida por sus propios compañeros (siendo quizás la mayor ofensa la que hace Francis negando la mayor y justificándose con que Sabine es sólo una codiciosa que lo único que busca es vender libros).

            En fin. Un saludo.

          6. Dice Samu:”me parece a mí que el problema puede venir de que los físicos saben mucho de física y matemáticas…pero de poco más”. Me parece amigo Samu que te has equivocado de web, esto es una web sobre Física, deberias entrar en http://www.chorradasfilosoficas.com. Ahora entiendo porque te crees las sandeces de Sabine. ¿A que propones que se dediquen los Físicos teóricos, a las humanidades y la Filosofía? No se si eres un Troll o solo un filosofete de salón en todo caso el libro de Sabine te viene al pelo: nada de Física, nada de Matemáticas solo sociología barata y filosofía inútil. Está claro que ni siquiera lees los argumentos que se te explican solo atiendes a las estupideces que confirman tus “filosóficas” creencias. Si no quieres aprender Física y lo tuyo es la Filosofía no hagas perder el tiempo de los lectores de esta web, no merecen leer tus inútiles divagaciones. Un saludo.

  4. No offense! No se si he entendido bien; ¿qué la partícula que compone la materia obscura no se ha encontrado aún, que se está buscando y que según la teoría de cuerdas debido a la “supersimetría” se sabe como es (y eso da validez a la teoría) y que hay físicos que creen que todo esto es marketing para sacar fondos y seguir con esas investigaciones?
    No creo que lo haya entendido bien, supongo que la física, las matemáticas y la experimentación son suficientemente exactas para convencer al más escéptico. Aunque se reconozca que lo que no sabemos no se sabe ¿no?
    Y desde luego, sin acritu, considero al Sr. Francis bastante riguroso en este aspecto que comento.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 6 diciembre, 2018
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Materia oscura • Nature • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science
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