Misteriosos positrones cósmicos

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Insignia del experimento AMS-02
(NASA/JSC, 2009)

(Contribución de El neutrino a la XII edición del Carnaval de Humanidades, organizada por ZTFNews)

(Publicado originalmente en Madrid Sindical)

Los astronautas son los héroes de nuestro tiempo. Es desde luego una hazaña que en sólo unas décadas el hecho de que varios seres humanos puedan pasar días, semanas o meses en el espacio, a cientos de kilómetros sobre la superficie terrestre, se haya convertido en habitual, aunque siga reservado a unos pocos privilegiados. Sin embargo, la popularidad de los astronautas, que hoy en día incluso tuitean regularmente desde la Estación Espacial Internacional (EEI) y tienen cientos de miles de seguidores, puede eclipsar la verdadera finalidad de la aventura espacial, que, mientras no estemos en condiciones de colonizar otros planetas (y aún nos queda mucho para eso), no es otra que la investigación científica.

Uno de los experimentos alojados en la EEI es el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02), el detector de partículas elementales más sofisticado que ha viajado nunca al espacio. Se trata de un gran cajón de 5 x 4 x 3 metros y 7,5 toneladas de peso, diseñado para funcionar al menos hasta el año 2025 soportando las extremas condiciones del espacio: alta radiación, grandes cambios de temperaturas, impacto de micrometeoritos...

En su diseño y construcción participaron 500 científicos de la NASA, el CERN e instituciones científicas de 15 países, entre ellos España, con aportaciones del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medio Ambientales y Tecnológicas) de Madrid y el Instituto de Astrofísica de Canarias, y México, a través del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma. Su misión principal es el estudio de los rayos cósmicos antes de que impacten en nuestra atmósfera, para tratar de detectar indicios de materia oscura, antimateria y partículas exóticas. Sus mediciones también serán útiles para el diseño de la protección contra la radiación del espacio para futuras misiones tripuladas.

El 16 de mayo de 2011, el transbordador espacial Endeavour llevó AMS-02 a la EEI, donde fue instalado tres días más tarde. Desde entonces, ha recogido información de unos mil rayos cósmicos por segundo, hasta un total de decenas de miles de millones de rayos cósmicos. Los datos son filtrados y comprimidos antes de su envío al CERN para su análisis.

Los primeros resultados de AMS-02 se publicaron en abril de 2013, y en septiembre de 2014 se presentó una actualización con diez millones de rayos cósmicos identificados como electrones o positrones. (El positrón es la antipartícula del electrón, una partícula con las mismas propiedades que éste, salvo la carga eléctrica, que es positiva en lugar de negativa.) El experimento ha detectado un exceso de positrones de alta energía, procedente de todas las direcciones del espacio, que presenta un máximo a una energía de unos 275 GeV, equivalente a algo más del doble de la masa del bosón de Higgs.

Ciertos modelos teóricos de materia oscura predicen precisamente un exceso semejante, producido por las colisiones entre las partículas que forman la materia oscura. Los resultados de AMS-02 son consistentes con un neutralino (una partícula propuesta por la teoría llamada “supersimetría”) con una masa de alrededor de 1 TeV, o 1000 GeV, una masa cinco veces mayor que la de un átomo de plomo. Pero los resultados preliminares de la sonda Planck publicados en diciembre de 2014 parecen descartar esta posibilidad. Por otra parte, este exceso de positrones también puede proceder de fuentes astrofísicas ya conocidas, como púlsares. Para discernir entre las dos posibilidades se están analizando más datos, como la proporción de protones y antiprotones en los rayos cósmicos. Ojalá que pronto nos saquen de dudas.