Así es, yo también me sorprendí cuando dentro de la colaboración HAWC se mencionó la posibilidad de cuantificar el número de protones y antiprotones que llegan a la Tierra a partir de mediciones de la sombra que crea la Luna. Empecemos por el principio? El Universo está compuesto por partículas y sus correspondientes antipartículas, las cuales tienen las mismas propiedades que las partículas salvo que su carga eléctrica es la contraria. Una partícula y su antipartícula tienen la propiedad de aniquilarse en caso de encontrarse, produciendo fotones con la energía correspondiente a sus masas.

Tanto las partículas como las antipartículas se formaron durante las primeras etapas de vida del Universo. En estos momentos iniciales, y siguiendo la teoría del Big Bang, la temperatura era tan alta y la densidad tan elevada que los fotones se deshacían formando pares de partículas y antipartículas y estos, a su vez, se aniquilaban al encontrarse formando de nuevo fotones de alta energía. Sin embargo, en los primeros nanosegundos de la vida del Universo, la aniquilación entre materia y antimateria no fue del todo simétrica y por tanto el Universo que conocemos está dominado por materia: protones y electrones en lugar de antiprotones y positrones (electrones cargados positivamente). La fracción entre el número de antiprotones y protones (p/p) estaría por tanto definida desde antes de que el Universo formara sus primeras estrellas.

Sin embargo las observaciones del cociente p/p que se realizaron a finales de los años noventa muestran un exceso de antiprotones con respecto a lo esperado según el modelo estándar de formación del Universo. Este exceso abre nuevas posibilidades. Entre ellas estaría la aceleración de estos antiprotones en explosiones de supernova de una manera que todavía no entendemos completamente? pero también pudiera ser que esta forma de antimateria se produjera en procesos de aniquilación o decaimiento de partículas de materia oscura. Esta última posibilidad, aunque exótica, permite que la búsqueda de antimateria esté fuertemente ligada a la búsqueda de la elusiva partícula de materia oscura. Tenemos que recordar que el Universo tal como lo conocemos está constituido por un 25% de partículas de materia oscura cuyas propiedades básicas desconocemos.

El observatorio HAWC, ubicado entre los volcanes extintos de Sierra la Negra y el Pico de Orizaba en el estado de Puebla, México, es capaz de observar partículas (tanto de materia como de antimateria) que fueron creadas y aceleradas bien en el Universo cercano o bien en nuestra propia galaxia. La energía que alcanzan estas partículas observadas por HAWC es del orden de siete veces mayor que la energía que producen los aceleradores de partículas más potentes construidos recientemente en la Tierra. Se mide, de hecho, en TeV, que corresponde a la energía liberada al aniquilar aproximadamente ¡dos millones de electrones! Son partículas mil millones de veces más energéticas que los rayos-X usados para tomar radiografías del cuerpo humano.

Cada segundo HAWC recibe aproximadamente 25 000 partículas provenientes de toda la bóveda celeste pero parte de estas, y en la dirección de la posición que ocupa la Luna, son absorbidas por nuestro satélite y por tanto el flujo de estas partículas se ve levemente disminuido, tal y como se muestra en la imagen. Además, antes de llegar a la Tierra la trayectoria de las partículas cargadas (por ejemplo, protones y antiprotones) se ve afectada y desviada por el campo magnético terrestre, de forma que la sombra de la Luna no coincide exactamente con la posición de la Luna en el cielo. Esa desviación depende de la carga eléctrica de las partículas. Ahora bien, como conocemos la intensidad del campo magnético terrestre podemos afirmar que la sombra de la Luna que estamos observando se debe en su mayor parte a protones. Pero entonces ¿dónde están los antiprotones que pudieron haberse creado durante la aniquilación de partículas de materia oscura?

Los antiprotones tienen las mismas características que los protones excepto por su carga, que es negativa, y por tanto su sombra debería estar a la izquierda de la producida por los protones. En la imagen vemos que la sombra de antiprotones no aparece y, por tanto, que la cantidad de antiprotones es mucho menor que la de protones en las energías a las que HAWC es sensible. Cuantificando de forma detallada estas observaciones, el equipo de HAWC muestra que entre 1 y 10 TeV el número de protones es al menos cien veces mayor que el número de antiprotones. Estos nuevos límites en la cantidad de antiprotones tienen que ser tenidos en cuenta tanto en los nuevos modelos de la aceleración de partículas producida durante las explosiones de supernova como en los modelos de aniquilación o decaimiento de partículas de materia oscura. Los resultados presentados en este artículo han sido publicados en la prestigiosa revista Physical Review D.

Daniel Rosa González es originario de La Laguna, Tenerife. Se graduó en Física en la Universidad de La Laguna, realizó su maestría en el Observatorio de Jodrell Bank (Universidad de Manchester, Reino Unido) y el doctorado en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) en México. Tras un contrato postdoctoral en el Imperial College de Londres, regresó al INAOE para trabajar como investigador asociado. Actualmente es investigador titular en dicho Instituto.