El cuerpo humano como detector de materia oscura

Por Francisco R. Villatoro, el 25 julio, 2019. Categoría(s): Ciencia • Física • Materia oscura • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 10

Las partículas de los rayos cósmicos atraviesan tu cuerpo de forma continua; por ejemplo, unos sesenta mil millones de neutrinos solares atraviesan cada segundo la uña de tu pulgar. Para usar tu cuerpo como detector de partículas se necesita una señal; la más obvia es una herida mortal. Se publica en arXiv el primer límite de exclusión para los macros usando el cuerpo humano de todos los humanos como detector. Se excluye (azul en la figura) una sección eficaz  σX ≥ 10−8–10−7 cm2 para masas entre 10 mg < MX < 50 kg. El nuevo límite de exclusión para los macros complementa al logrado gracias al estudio de las trazas en piezas de mica antigua, que descartan masas MX < 55 g (amarillo en la figura).

Este curioso resultado nos recuerda que la ausencia de señal en un detector de materia oscura nos permite excluir la masa y sección eficaz de un posible candidato. Así tu cuerpo (y el de todos los humanos) permite excluir la masa y la sección eficaz de hipotéticas partículas de materia oscura capaces de causar tu muerte (porque estás vivo). El ejemplo más sencillo son los macros, candidatos a materia oscura con una masa entre miligramos y kilogramos. En el nuevo artículo se estima que los macros atraviesan el cuerpo humano como balas (de calibre 0.22) con una energía de 100 J. Se estima que un humano tiene ~ 1 mde área y que hay unos mil millones de humanos que han sido observados de forma continua y hay constancia de que no han sufrido daño mortal alguno en los últimos 10 años.

Por cierto, los macros son candidatos a materia oscura macroscópica, pequeños objetos macroscópicos compuestos de materia extraña. La materia extraña fue propuesta por Witten en 1984 como materia nuclear dominada por quarks extraños que es más estable que los núcleos atómicos más estables (hierro). No se sabe si existe la materia extraña (aunque podría encontrarse en los núcleos de las estrellas de neutrones). Los macros (nuggets of strange baryon matter) fueron propuestos por Nelson en 1990 como objetos de materia extraña con densidad nuclear (3.6 × 1014 g/cm3) y masa macroscópica formados en el universo temprano.

El nuevo artículo es Jagjit Singh Sidhu, Robert J. Scherrer, Glenn Starkman, “Death by Dark Matter,” arXiv:1907.06674 [astro-ph.CO] (15 Jul 2019). La materia extraña fue propuesta por Edward Witten, “Cosmic separation of phases,” Phys. Rev. D 30: 272-285 (1984), doi: 10.1103/PhysRevD.30.272, y los macros por Ann E. Nelson, “Kaon condensation in the early universe,” Phys. Lett. B 240: 179-182 (1990), doi: 10.1016/0370-2693(90)90429-A. La estimación del número de neutrinos que atraviesan la uña de tu pulgar es de Jorge Diaz, “¿Cuántos neutrinos hay en una caja?”, Conexión causal, 02 ago 2014.



10 Comentarios

    1. Hola Francisco. 😀
      Creo que lo que da a entender el artículo, o por lo menos lo que yo entiendo, esque no se descarta la existencia de materia oscura o al menos que estemos siendo bombardeados con ella porque nadie a sido atravesado por esas partículas causandole la muerte, entonces
      ¿Como podremos saber las cualidades de una materia teórica si ni siquiera podemos probar que éxite? Si ciertamente eso no desmiente su existencia debido a eso mismo si no conocemos sus cualidades tampoco sabremos como interactúa ni dónde se acumula, espero no haber dicho ninguna locura o tontería y estoy abierto a qué alguien me saque de mi error.
      Un Saludo a todos😀

      1. Obviamente, Julian, todo límite de exclusión para las propiedades de un objeto se calcula para el caso de que dicho objeto existiera. La teoría de la dispersión (scattering theory) permite estudiar la colisión entre dos objetos sin necesidad de conocer la naturaleza microscópica de dichos objetos; basta conocer (o estimar de forma razonable) sus propiedades cinemáticas (sección eficaz, energía, densidad, etc.).

    2. Francisco, depende del candidato a partícula de materia oscura. Por ejemplo, el axión (el candidato más firme predicho por el modelo estándar) interacciona con los fotones y por ello se busca con telescopios que apuntan hacia el Sol (que al ser un fuente intensa de fotones, también es una fuente intensa de axiones). Para los candidatos que son neutros para la carga eléctrica no hay interacción electromagnética (que solo afecta a las partículas cargadas) directa, pero podría haberla indirecta si el candidato tiene interacción nuclear débil o fuerte (pues los fotones interaccionas con los bosones vectoriales débiles).

  1. No. De las cuatro fuerzas conocidas (gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear débil y fuerza nuclear fuerte) la materia oscura interactúa solo a nivel gravitatorio, esto válido obviamente con toda el materia y partículas (modelo estándar) conocida hasta ahora. La naturaleza de la materia oscura es aún desconocida y existen algunas teorías (cómo está), pero no comprobadas hasta el momento.

    1. Aquiles, la búsqueda de la materia oscura asume que tiene que haber algún tipo de interacción entre la materia oscura y la bariónica, aunque extremadamente pequeña (de tal forma que a escala astrofísica es despreciable y solo se observa la interacción gravitacional). Si no existiera esta interacción débil sería imposible buscar la materia oscura. En los diagramas de exclusión en el eje vertical tienes la sección eficaz de esta interacción (que describe la interacción entre la partícula de materia oscura y un núcleo de los átomos del detector) y en el eje horizontal tienes la masa de la hipotética partícula.

  2. No entiendo cómo descartan en ese estudio a cualquier desaparecido en el mar o zonas inaccesibles, o a cadáveres encontrados con heridas compatibles con disparos donde no se encuentre la bala, toda vez que hasta no hace mucho no se investigaba casi ninguna muerte misteriosa.

  3. Hola
    No entiendo porqué tampoco excluyen masas superiores a 55Kg…un macro con una masa superior a esa también debería matarnos… Gracias
    Javi

    1. Javi, ¿has intentado leer el breve artículo? La razón son las estimaciones usadas en la fórmula entre la (2) y la (3) para la densidad de la materia oscura, el número de humanos “observados” y su área efectiva, así como el intervalo de tiempo de 10 años usado en la aplicación de la distribución de Poisson en la fórmula (3). Si has estudiado alguna vez la dispersión de partículas es muy fácil entender las fórmulas. Si nunca la has estudiado te recomiendo que consultes un libro de física que estudie colisiones entre partículas.

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