Por redactores de Xinhua Yu Fei, Cai Yugao y Jiang Fang
BEIJING, 30 nov (Xinhua) - El Explorador de Partículas de Materia Oscura de China (EPMOC) ha detectado señales inesperadas y misteriosas en su medición de rayos cósmicos de alta energía. ¿Provienen de la materia oscura que los científicos han pasado décadas buscando? ¿Se mostrará finalmente el "fantasma" cósmico?
El satélite, también llamado Wukong, o Rey Mono, ha medido más de 3.500 millones de partículas de rayos cósmicos con una energía de hasta 100 teraelectronvoltios (TeV, que corresponde a un billón de veces la energía de la luz visible), incluidos 20 millones de electrones y positrones, con una resolución de energía sin precedentes.
Esto podría acercar más a los científicos a la posibilidad de arrojar la luz sobre la materia oscura invisible.
"El EPMOC ha abierto una nueva ventana para observar el universo de alta energía y descubrir nuevos fenómenos físicos más allá de lo conocido hasta ahora", dijo Chang Jin, jefe científico del EPMOC y subdirector del Observatorio de la Montaña Púrpura de la Academia de Ciencias de China (ACCh).
Los primeros resultados de la detección obtenidos mediante la medición precisa del espectro de electrones y positrones en un rango de energía entre 25 gigaelectronvoltios (GeV) y 4,6 TeV se publicaron en el último número de la revista científica Nature.
"Esta es la primera vez que un experimento espacial registra el espectro detallado y preciso de electrones y positrones de hasta aproximadamente 5 TeV. En este rango de energía encontramos algunas características inesperadas e interesantes. Hemos detectado un corte espectral a 0,9 TeV y un posible pico a 1,4 TeV ", relató Chang.
La medición precisa de los rayos cósmicos, especialmente en el rango de alta energía, es importante para que los científicos busquen rastros de aniquilación o descomposición de la materia oscura, así como para comprender los fenómenos astrofísicos más energéticos del universo, como los púlsares, núcleos de galaxias activas y explosiones de supernovas.
"Nuestros datos pueden inspirar algunas ideas nuevas en el campo de la física de partículas y la astrofísica", apuntó.
FANTASMA CÓSMICO
La materia oscura, que no se puede ver ni tocar, pasa a través de nosotros como si no existiéramos. El material fantasmal es uno de los grandes misterios de la ciencia.
Los científicos calculan que la materia normal como las galaxias, estrellas, árboles, rocas y átomos, representa solo el cinco por ciento del universo. El 26,8 por ciento es materia oscura y otro 68,3 por ciento es energía oscura. Todo lo que sabemos es, en puridad, una pequeña fracción de la realidad.
La exploración de la materia oscura será revolucionaria para la física y la ciencia espacial. Cualquier descubrimiento en esta área podría ser tan significativo como la teoría heliocéntrica, la ley de la gravedad, la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica.
Actualmente, los científicos utilizan principalmente tres métodos para detectar la materia oscura: detección directa subterránea, experimentos con colisionadores y exploración espacial indirecta. El método de la exploración espacial se basa en la conjetura de que partículas detectables como los electrones, positrones y fotones pueden crearse durante la aniquilación o descomposición de la materia oscura.
China envió su EPMOC a una órbita de unos 500 kilómetros sobre la tierra el 17 de diciembre de 2015. A la búsqueda de evidencias sobre la aniquilación o descomposición de partículas de materia oscura en el espacio también se dedica el Telescopio Espacial Fermi de la NASA y el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02), el más avanzado detector de física de partículas que opera en la Estación Espacial Internacional (EEI), desarrollado por científicos dirigidos por el Premio Nobel Samuel Chao Chung Ting.
SEÑAL SORPRENDENTE
A partir de los datos del EPMOC, los científicos obtuvieron el espectro de positrones y electrones de rayos cósmicos, del cual intentan descifrar los secretos ocultos del universo.
Como en una buena historia de detectives, el universo se guarda sus sorpresas.
Los científicos encontraron en el espectro una fractura a alrededor de 0,9 TeV y un pico extraño sobre los 1,4 TeV. "No esperábamos tales señales", reveló Chang.
Según los modelos astrofísicos actuales, los electrones y los positrones cambiarían sin problemas en el espectro y, por lo general, no se concentrarían en un punto, explicó.
"El pico podría indicar que existe un tipo de partícula desconocida con una masa de aproximadamente 1,4 TeV", indicó.
"Se han encontrado las 61 partículas elementales predichas por el modelo estándar de la física de partículas. Las partículas de materia oscura están más allá de esa lista. Por lo tanto, si encontramos una nueva partícula elemental será un gran avance para la física", agregó.
"El pico es muy inusual", señaló el jefe de diseño adjunto del sistema de aplicación científica del EPMOC, Fan Yizhong. "Las señales podrían haberse originado a partir de materia oscura o púlsares. Incluso si provinieran de estos, sería un fenómeno astrofísico bastante extraño que nadie había encontrado antes".
MÁS TIEMPO
Si el pico inusual se compara con una imagen de lo que se sospecha que es materia oscura, la imagen sigue siendo imprecisa.
"En estos momentos estamos seguros al 99,99 por ciento de que el aumento es real, pero tenemos que recopilar más datos. Si la probabilidad estadística supera el 99,99994 por ciento, será un descubrimiento capital para la física de partículas y la astrofísica", afirmó Chang.
Más de 100 científicos e ingenieros chinos, junto con los de Suiza e Italia, participaron en el desarrollo del EPMOC y el análisis de sus datos.
Los investigadores han descartado la posibilidad de que las señales inusuales fuesen causadas por un mal funcionamiento de los detectores del satélite. Los análisis independientes de cinco equipos diferentes llegaron a la misma conclusión.
El diseño del EPMOC prevé una vida útil de tres años, pero como está funcionando muy bien se espera que siga operativo mucho más tiempo.
Samuel Chao Chung Ting, jefe del experimento AMS-02 en la EEI, calificó el EPMOC de "muy buen experimento".
El físico de partículas del Instituto de Física de Altas Energías de la ACCh Bi Xiaojun dijo que las observaciones del EPMOC son importantes para ayudar a los científicos a comprender mejor el origen de los rayos cósmicos.
"Los datos del satélite en el pico a 1,4 TeV aún no son suficientes para declarar un descubrimiento físico efectivo. Sería de gran importancia confirmar la señal con la acumulación de datos", añadió.
"[La anomalía] podría explicarse por la materia oscura o por un origen astrofísico. Si usamos la materia oscura para explicarlo querría decir que esta es diferente de lo que pensábamos antes, [pues el fenómeno] se ajusta al modelo popular de la materia oscura de partículas masivas de interacción débil (PMID), pero tiene algunas características especiales", detalló.
"El EPMOC ha realizado una observación muy exitosa", dijo el profesor asociado del Departamento de Física y el Laboratorio de Investigación Espacial de la Universidad de Hong Kong Su Meng. "Esta es la primera medición precisa de electrones y positrones de rayos cósmicos en un rango de energía tan alto", celebró.
"El EPMOC también detectó un nuevo fenómeno muy interesante. La señal a 1,4 TeV en el espectro se parece mucho a la materia oscura. Pero se necesita más investigación y diferentes experimentos para descartar la posibilidad de que fuese generada por otros fenómenos astrofísicos como los púlsares", advirtió.
El académico de la ACCh Chen Hesheng añadió que incluso si se encontrara una partícula de materia oscura, todavía serían necesarios otros experimentos como la detección subterránea o pruebas de colisionador para confirmarlo, lo que sería difícil.
AVANCE INNOVADOR
El presidente chino, Xi Jinping, citó el EPMOC en el XIX Congreso Nacional del Partido Comunista de China (PCCh) como uno de los principales avances científicos de China en los últimos cinco años, junto con logros como el satélite de ciencia cuántica, el sumergible tripulado de aguas profundas Jiaolong, el laboratorio espacial Tiangong-2 y el radiotelescopio FAST.
Xi, también secretario general del Comité Central del PCCh, pidió más esfuerzos para convertir a China en un país de innovadores.
El desarrollo del primer satélite astronómico de China refleja la creatividad e innovación de los científicos chinos a la hora de abordar uno de los grandes misterios de la ciencia moderna.
El EPMOC tiene la mayor cobertura de rango de energía, la mayor resolución de energía y la mejor capacidad de identificación de partículas de entre todas las sondas de materia oscura que operan actualmente en el espacio, lo que es perfecto para buscar rastros de la aniquilación o descomposición de partículas de materia oscura, dicen los científicos.
El satélite utiliza las más modernas tecnologías y métodos de detección desarrollados independientemente por científicos chinos, pero los costos aparejados representan solo una séptima parte de los del Telescopio Espacial Fermi y una vigésima parte de los del AMS-02.
Al preguntarle por qué es importante explorar la materia oscura, Chang respondió: "No es importante para ti, pero es importante para mí, y será importante para tus descendientes. Cuando los científicos plantearon la mecánica cuántica a principios del siglo XX, nadie esperaba que fuera útil en la vida cotidiana. Pero ahora es un pilar de la física moderna y todo está relacionado con ella".
"Creo que explorar la materia oscura también traerá avances en el desarrollo tecnológico. Solo cuando comprendamos la naturaleza de la materia oscura podremos ver cómo cambiará el futuro. Pero el desarrollo de la física fundamental sin duda impulsará la ciencia y la tecnología", aseguró.
El director científico de Springer Nature China, Ed Gerstner, dijo que el descubrimiento es muy emocionante y que el apoyo de China a la ciencia básica refleja no solo su compromiso con ser un líder mundial, sino también una comprensión del papel que desempeña la ciencia básica como motor de la economía de la innovación.
El presidente de la ACCh, Bai Chunli, declaró: "Debemos conmemorar este día en la historia del desarrollo científico humano, cuando los científicos chinos ya no son aprendices, sucesores y observadores de los principales descubrimientos de las ciencias naturales sino que, en cambio, están pasando gradualmente al centro del escenario científico".
"La ACCh continuará apoyando en el futuro a los científicos chinos en las fronteras de la ciencia básica. Planeamos desarrollar y lanzar más satélites científicos para estudiar campos como las ondas gravitacionales, el origen del universo, la materia oscura, las actividades solares y el ciclo del agua a nivel global", anticipó Bai.
