La aniquilación de materia oscura como fuente del exceso de antiprotones de AMS-02

En 2015 Samuel Ting anunció en los AMS Days at CERN un exceso en el flujo de antiprotones observado por AMS-02. Se podía explicar con la aniquilación de una partícula de materia oscura con una masa de unos 80 GeV/c². Una recalibración de los datos (gracias al cociente boro/carbono) hizo que el exceso desapareciera en el artículo final publicado en 2016 en Physical Review Letters. Sin embargo, se siguen publicando artículos teóricos que explican el exceso usando la materia oscura. El último de ellos, liderado por Dan Hooper (Univ. Chicago), afirma que el exceso alcanza más de 4.7 sigmas (hasta 7.7 sigmas). Se propone como origen una partícula de materia oscura con una masa entre 64 y 88 GeVc². Debemos ser muy cautos con todos estos artículos.

El sesgo de confirmación es uno de los mayores peligros para la ciencia. Sobre todo cuando se disponen de datos con grandes incertidumbres sistemáticas (que dependen del modelo que los explica). La razón es que el exceso en el cociente entre antiprotones y protones requiere un modelo teórico de la producción y propagación interestelar de estos rayos cósmicos; la posible contribución de la materia oscura es menor de un 10% de la señal a explicar. Así el ajuste mejora si se elige el modelo astrofísico «adecuado» junto a la aniquilación de partículas de materia oscura con la masa «adecuada» (en el nuevo artículo se considera la contribución en el canal χχ → bb, aunque en otros también se usa el canal χχ → WW). Este ajuste de las incertidumbres sistemáticas va en contra de un análisis estadístico libre de sesgos. Más aún, se trata de ajustes locales, que obvian que el ajuste riguroso debe ser global (para evitar el look-elsewhere effect). Por ello, en mi opinión, estos trabajos deben ser tomados con un escepticismo extremo.

El nuevo artículo es Ilias Cholis, Tim Linden, Dan Hooper, «A Robust Excess in the Cosmic-Ray Antiproton Spectrum: Implications for Annihilating Dark Matter,» arXiv:1903.02549 [astro-ph.HE] (06 Mar 2019); en la misma línea tenemos el reciente Alessandro Cuoco, …, Michael Korsmeier, Michael Krämer, «Scrutinizing the evidence for dark matter in cosmic-ray antiprotons,» arXiv:1903.01472 [astro-ph.HE] (04 Mar 2019); estos artículos están en arXiv pero acabarán siendo publicados en revistas impactadas, como ya ocurrió con Alessandro Cuoco, Michael Krämer, Michael Korsmeier, «Novel dark matter constraints from antiprotons in the light of AMS-02,» Phys. Rev. Lett. 118: 191102 (2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.118.191102arXiv:1610.03071 [astro-ph.HE].

La charla de Ting que originó todo el revuelo es «Introduction to the AMS Experiment,» AMS DAYS AT CERN, 15-17 Abr 2015 (indico). El artículo publicado con los resultados de AMS-02 sobre antiprotones es AMS Collaboration, «Antiproton Flux, Antiproton-to-Proton Flux Ratio, and Properties of Elementary Particle Fluxes in Primary Cosmic Rays Measured with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station,» Phys. Rev. Lett. 117: 091103 (26 Aug 2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.117.091103.

Como dicen que una imagen vale más que mil palabras, me gustaría enseñarte esta figura del artículo de Hooper et al. Las tres figuras de arriba son el ajuste de los datos de AMS-02 para el cociente entre los flujos de antiprotones y protones usando un modelo teórico sencillo de su fuente, sin tener en cuenta la materia oscura. Las figuras del centro muestran el ajuste que incorpora el efecto de la aniquilación de una partícula de materia oscura (curvas en verde). Y en las figuras de abajo se añade a esta última la contribución de la aceleración estocástica de los antiprotones. En vertical se presentan tres modelos razonables del medio interestelar (ISM) llamados ISM I, ISM II y ISM III. Creo que sobran las palabras. Lo que es un exceso no significativo en las figuras de arriba, sobre todo en la que está a la izquierda, se transforma en un exceso con una significación enorme en el resto de las figuras que incluyen el efecto de la materia oscura. Los datos observados son los mismos, lo único que difiere es el modelo teórica que los explica.

La tabla resumen es espeluznante. Si estas significancias para el exceso observado no fueran producto del sesgo de confirmación, se podría afirmar sin rubor que estamos ante el descubrimiento de la materia oscura. Pero ni los colegas de Ting en la Colaboración AMS-02, ni muchos otros astrofísicos expertos en rayos cósmicos confían en este análisis (y otros similares publicados en los últimos dos años). No hay exceso significativo en los datos. Punto. Así que todo ajuste basado en un modelo cuyo objetivo sea que aparezca lo que no hay, debe ser rechazado. La lucha contra el sesgo de confirmación debe ser firme, pese lo que nos pese.



1 Comentario

  1. Los protones y neutrones tienen masas que bordean 1 GeVc² y aquí estamos hablando de entre 64 y 88 GeVc² . o me equivoco? con esos datos se pueden hacer muchos cálculos . resulta impresionante .

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 10 marzo, 2019
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