ANAIS es un experimento de detección de partículas diseñado para la detección de materia oscura. Busca la modulación anual de la señal con centelleadores de NaI y tiene, como principal objetivo, la detección directa de la Materia Oscura galáctica a través de su dispersión con los núcleos blanco de un cristal de NaI(Tl) radiopuro. Esta señal de Materia Oscura debería estar modulada anualmente debido al cambio de la velocidad relativa WIMP-núcleo, consecuencia de la rotación de la Tierra alrededor del Sol.
El proyecto ANAIS es la culminación a gran escala de estudios previos de viabilidad llevados a cabo con diferentes prototipos por el grupo de investigación de la Universidad de Zaragoza en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (España). El experimento completo utilizará 250 kg de cristales de NaI(Tl) ultrapuro para estudiar la modulación anual en la señal de Materia Oscura galáctica. Dos detectores prototipo con una masa total de 25 kg. tomarán datos desde octubre de 2012 como último paso antes del montaje del experimento completo.1 2
Los esfuerzos experimentales realizados por DAMA/NaI y DAMA/LIBRA3 en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, acumulando más de trece ciclos anuales de datos (también con centelleadores de NaI), obtuvieron una señal positiva para la mencionada modulación anual.4 La comparación de ese resultado con los resultados negativos provenientes de otros materiales blanco y otras técnicas experimentales es muy dependiente del modelo utilizado. ANAIS (que usa el mismo material blanco y la misma técnica experimental que DAMA/LIBRA) apareció en el último roadmap de ApPEC5 (Astroparticle Physics European Coordination) como el experimento que permitiría comprobar dicho resultado con un montaje experimental independiente y de una forma independiente del modelo.
El axino es una hipotética partícula elemental predicha por algunas teorías de física de partículas. La teoría de Peccei–Quinn intenta explicar el fenómeno observado conocido como el gran problema CP introduciendo una hipotética partícula escalar llamada axión. Añadiendo la supersimetría al modelo, predice la existencia de un supercompañerofermiónico para el axión, el axino, y un supercompañero bosón, el saxión. Todos ellos se encuentran agrupados en una supercampo quiral.
Según tal teoría, el axino sería la partícula supersimétrica más ligera.1 Debido a esta propiedad, entre otras, se considera un candidato para ser él o uno de los componentes de la materia oscura.
El axión es una partícula subatómica peculiar. Su existencia (todavía no demostrada) fue postulada por la teoría de Peccei-Quinn en 1977 para explicar la conservación de lasimetría CP en el marco de la cromodinámica cuántica (QCD), suponiendo que sería una partícula de masa muy pequeña y sin carga eléctrica.
El nombre fue introducido por Frank Wilczek, co-escritor del primer artículo que predijo el axión. Wilczek buscaba un nombre para la partícula, y mientras lavaba la ropa, se fijó en el nombre del detergente que estaba usando, "Axion", y decidió ponerle ese nombre a la partícula, ya que esperaba que "limpiara" el problema de la QCD con la simetría CP.
En cosmología, el axión se considera un buen candidato para resolver el problema de la materia oscura. También se especula con la posibilidad de que, bajo determinadas circunstancias, los fotones puedan convertirse temporalmente en axiones, lo que explicaría por qué los fotones de alta energía pueden atravesar largas distancias por el universo sin ser absorbidos por la radiación de fondo.1
A finales de 2006, Piyare Jain y Gurmukh Singh publicaron el descubrimiento de una partícula de masa inesperadamente grande (6-20 MeV) y muy reducida vida (del orden de 10-13 segundos) que podría ser el tan buscado axión.
Estudios recientes han teorizado que, de existir los axiones, éstos tendrían una masa particularmente ligera, inferior a 10-7 eV.1 Esta característica reduciría drásticamente sus posibilidades de formar parte de la materia oscura, pues se espera que sea más pesada. Sin embargo un estudio en 2014 indica que los axiones podrian ser partes de la materia oscura.
El "camaleón" es una partícula escalar hipotética con una auto-interacción no lineal que le dota de una masa efectiva dependiente del entorno, de la presencia de otros campos.1 Podría tener una masa pequeña en la mayor parte del espacio intergaláctico pero su masa aumentaría cuanto más cerca se encuentre de una fuente de campo gravitatorio, por lo que su detención es complicada. El camaleón es un posible candidato para resolver el problema de la energía oscura y la materia oscura.
En la mayoría de las teorías, los camaleones tiene una masa se aproxima a una potencia de la densidad de energía local:
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Los camaleones se pueden acoplar a los fotones, permitiendo a ambas partículas oscilar entre sí en presencia de un campo magnético externo.
Los camaleones pueden ser confinados en recipientes en vacío porque su masa incrementa rápidamente a medida que atraviesan las paredes del recipiente, causando así su reflexión. Una forma para buscar experimentalmente camaleones es dirigir fotones al interior de una cavidad, confinando los camaleones producidos, y, después, apagar la fuente de luz. La presencia de una luminiscencia residual indicaría que, en la cavidad, los camaleones han decaído otra vez en fotones.
Varios experimentos han intentado detectar camaleones y axiones. El experimento GammeV3 busca axiones, pero también ha sido utilizado para la búsqueda de camaleones. El experimento consiste en introducir una cámara cilíndrica en un campo magnético de 5 T. En cada extremo de la cámara, hay ventanas de vidrio que permiten la entrada de la luz de un láser y la salida de la luminiscencia residual. Los últimos resultados de estos experimentos fueron publicados en noviembre de 2010, pero no encontraron nada.
El Cúmulo Bala (1E 0657-56) consiste de dos cúmulos de galaxias en colisión. Los estudios hechos sobre este cúmulo, presentados en agosto de 2006, constituyen hasta ese momento la mejor evidencia en favor de la existencia de la materia oscura.1 Estrictamente hablando, el nombre de «Cúmulo Bala» se refiere a un pequeño subcúmulo que se aleja de un cúmulo mayor.
El Cúmulo Bala es uno de los cúmulos de galaxias más calientes que se conocen. Visto desde la Tierra, una de las componentes pasó a través del centro del cúmulo hace unos 150 millones de años, con lo que se creó una onda de choque en forma de arco localizada sobre el lado derecho del cúmulo. Esta onda de choque se formó al pasar gas a 70 millones de grados centígradoscontenidos en el subcúmulo a través de gas a una temperatura de unos 100 millones de grados en el centro del cúmulo a unavelocidad de unos 10 millones de kilómetros por hora.
Las principales componentes del cúmulo, estrellas, gas y la materia oscura se comportan de forma diferente durante una colisión, de tal forma que es posible estudiar cada una de ellas de manera separada. Las estrellas en las galaxias, observadas en luz visible, no se alteran cuando ocurre una colisión, aunque su movimiento sí se modifica, siendo desacelerado gravitacionalmente. El gas caliente de las dos componentes que chocan y que es observado en rayos Xrepresenta la mayor parte de la masa de la materia ordinaria, conocida como materia bariónica. La tercera componente, la materia oscura, se detectó indirectamente por medio del fenómeno conocido como lente gravitacional que afecta a los objetos en el fondo. En teorías que no toman en cuenta la materia oscura, como la Dinámica newtoniana modificada, se esperaría que la lente gravitacional ocurriera gracias a la materia bariónica como el gas emisor de rayos X. Sin embargo, este fenómeno es más acentuado en dos regiones separadas cerca de las galaxias visibles. Este hecho fortalece la idea de que la mayor parte de la masa en el sistema es materia oscura no afectada por colisiones.3
Los resultados más concluyentes fueron inferidos a partir de las observaciones del satélite Chandra en este cúmulo, publicados por Markevitch et al. y Clowe et al., ambos en2004. Estos autores reportan que el cúmulo experimenta una alta velocidad de fusión, la cual resulta evidente de la distribución espacial del gas caliente emisor de rayos X. El gas se encuentra detrás de los subcúmulos, mientras que el conjunto de materia oscura se encuentra delante del gas.
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