ALICE estima cuán transparente es la Vía Láctea para la antimateria

En un artículo publicado ayer en la revista Nature Physics, la colaboración ALICE expone los resultados que han obtenido en un estudio reciente que estima el grado de transparencia de la Vía Láctea para la antimateria. En su análisis, ALICE muestra que el homólogo de antimateria de un núcleo atómico ligero puede recorrer grandes distancias en la Vía Láctea sin ser absorbido. El hallazgo, obtenido introduciendo en modelos teóricos datos sobre núcleos de antihelio producidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ayudará a la hora de buscar antimateria que podría proceder de materia oscura.

Algunos núcleos ligeros de antimateria, como el antideuterón y el antihelio, ya se han producido experimentalmente en aceleradores de partículas, pero todavía no se han observado con certeza antinúcleos que provengan del espacio exterior. En el espacio, estos antinúcleos, así como los antiprotones, podrían crearse en colisiones entre rayos cósmicos y el medio interestelar, pero también podrían producirse al aniquilarse entre sí partículas hipotéticas, cuya existencia todavía no ha sido demostrada, candidatas a componer la materia oscura que impregna el Universo.

Por ello, experimentos espaciales como AMS, ensamblado en el CERN e instalado en la Estación Espacial Internacional, buscan núcleos ligeros de antimateria en un esfuerzo por encontrar materia oscura.

Para averiguar si la materia oscura es la fuente de posibles detecciones de antinúcleos ligeros procedentes del espacio, los físicos necesitan determinar el número, más exactamente el "flujo", de antinúcleos ligeros que se espera que lleguen a la ubicación de los experimentos de detección, situados cerca de la Tierra. Este flujo depende de características tales como el tipo de fuente de antimateria y la velocidad a la que produce antinúcleos, pero también de la velocidad a la que los antinúcleos deberían desaparecer posteriormente por aniquilación o absorción al encontrarse con materia ordinaria en su viaje a la Tierra.

En este último punto es donde el nuevo estudio de la colaboración ALICE adquiere un papel relevante. Al investigar cómo los núcleos de antihelio-3 [1], producidos en colisiones de iones pesados y protones en el LHC, interactúan con el detector ALICE, los investigadores de ALICE pudieron medir, por primera vez, la velocidad a la que los núcleos de antihelio-3 "desaparecen" cuando se encuentran con materia ordinaria. En este análisis, el material del detector ALICE actúa como la materia ordinaria con la que interactúan los antinúcleos.

A continuación, los investigadores de ALICE incorporaron esta tasa de "desaparición" obtenida a un programa informático de acceso público llamado GALPROP, que simula la propagación de partículas cósmicas en nuestra galaxia. Consideraron dos modelos para el flujo de núcleos de antihelio-3: un modelo supone que las fuentes de antimateria son colisiones de rayos cósmicos con el medio interestelar, y el otro describe estas fuentes como hipotéticas partículas de materia oscura denominadas partículas masivas de interacción débil (WIMPs).

Para cada modelo, el equipo de ALICE estimó cuán transparente es la Vía Láctea para los núcleos de antihelio-3, es decir, la capacidad de nuestra galaxia para dejar pasar los antinúcleos sin ser absorbidos. Lo hicieron dividiendo los flujos obtenidos con y sin desaparición de antinúcleos.

Para el modelo de materia oscura, los investigadores de ALICE obtuvieron una transparencia de aproximadamente el 50%, mientras que para el modelo de rayos cósmicos la transparencia oscilaba entre el 25% y el 90%, dependiendo de la energía del antinúcleo. Estos valores de transparencia demuestran que los núcleos de antihelio-3 procedentes de colisiones de materia oscura o de rayos cósmicos pueden recorrer largas distancias (cientos de billones de kilómetros) en la Vía Láctea sin ser absorbidos.

"Nuestros resultados muestran, por primera vez a partir de una medición directa de la absorción, que los núcleos de antihelio-3 procedentes de lugares tan lejanos como el centro de nuestra galaxia pueden llegar a lugares cercanos a la Tierra", afirma Andrea Dainese, coordinador de la física de ALICE.

"Nuestros hallazgos demuestran que la búsqueda de núcleos ligeros de antimateria procedentes del espacio exterior sigue siendo una poderosa vía para cazar materia oscura", afirma Luciano Musa, portavoz de ALICE.

[1] Los núcleos de antihelio-3 están formados por dos antiprotones y un antineutrón, los equivalentes en antimateria del protón y el neutrón, respectivamente.