En las conferencias Quark Matter y Rencontres de Moriond celebradas recientemente, la colaboración LHCb presentó un análisis de las colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) que puede ayudar a determinar si la antimateria observada por los experimentos en el espacio procede o no de la materia oscura que mantiene unidas galaxias como la Vía Láctea.
Experimentos espaciales como el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS), montado en el CERN e instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS), han detectado antiprotones (homólogos de los protones en la antimateria) en rayos cósmicos, que son partículas subatómicas procedentes del espacio exterior cuya energía es muy elevada debido a la gran velocidad que alcanzan. La comunidad investigadora cree que estos antiprotones podrían crearse cuando las partículas de materia oscura chocan entre sí, pero también podrían formarse en otros casos, como cuando los protones chocan con núcleos atómicos en el medio interestelar, que está compuesto principalmente por hidrógeno y helio.
Por tanto, averiguar si alguno de estos antiprotones procede de la materia oscura, los físicos tienen que estimar la frecuencia con la que se producen los antiprotones en las colisiones entre protones e hidrógeno, así como entre protones y helio. Si bien se han realizado algunas mediciones de las primeras, y el LHCb informó en 2017 de la primera medición de las segundas, esa medición del LHCb solo implicaba la producción inmediata de antiprotones, es decir, antiprotones producidos justo en el lugar donde se produjeron las colisiones.
En su nuevo estudio, el equipo del LHCb buscó también antiprotones producidos a cierta distancia del punto de colisión, a través de la desintegración de antihiperones en antiprotones (tanto el hiperón como su antipartícula son profundamente inestables y se desintegran rápidamente en partículas más estables como protones, neutrones o piones). Para realizar esta nueva medida y la anterior, los investigadores del LHCb, que suelen utilizar datos de colisiones protón-protón para sus investigaciones, utilizaron en su lugar datos de colisiones protón-helio inyectando gas helio en el punto donde los dos haces de protones del LHC colisionarían normalmente.
Analizando una muestra de aproximadamente 34 millones de colisiones protón-helio y midiendo la relación entre la tasa de producción de antiprotones procedentes de desintegraciones de antihiperones y la de antiprotones inmediatos, los investigadores del LHCb descubrieron que, para la escala de energía de colisión utilizada en su medición, los antiprotones producidos a través de desintegraciones de antihiperones contribuyen mucho más a la tasa total de producción de antiprotones que la cantidad predicha por la mayoría de los modelos de producción de antiprotones en colisiones protón-núcleo.
"Este resultado complementa nuestra anterior investigación sobre la producción de antiprotones y mejorará las predicciones de los modelos", dice Chris Parkes, portavoz de la colaboración LHCb. "Esta mejora puede, a su vez, ayudar a los experimentos espaciales a encontrar pruebas de la materia oscura".
