A los pies del volcán Sierra Negra, en el estado de Puebla, se encuentra el Observatorio de Rayos Gamma HAWC (High Altitude Water Cherenkov). Sus más de trescientos detectores, situados a 4.100 metros de altura, han estudiado en los últimos meses la lluvia de partículas creada cuando los rayos gamma de alta energía chocan contra la atmósfera de la Tierra. Sus resultados, publicados en la revista Science, arrojan luz sobre el inusual origen de una forma de antimateria.
El laboratorio impulsado por México y Estados Unidos ha investigado la procedencia de un tipo de partículas que forman parte de la antimateria. En particular, los científicos han analizado la procedencia de los positrones, partículas elementales con la misma masa y espín que los electrones, aunque su carga sea justo la opuesta. En otras palabras, tal y como predijo el premio Nobel Paul Dirac, los positrones son las antipartículas de los electrones, y a día de hoy se aplican en medicina en técnicas de diagnóstico como la PET (tomografía por emisión de positrones). Hasta la fecha varios detectores, tales como el observatorio PAMELA o los experimentos Fermi Large Area Telescope y AMS, habían descubierto que, por algún motivo, más antielectrones de lo que cabría esperar alcanzan nuestro planeta. Lo que continúa siendo un misterio es su procedencia.
El misterioso origen de los positrones extra
Desde hace aproximadamente una década, los investigadores barajan dos posibilidades acerca del exceso de positrones que llega a la Tierra. Por un lado, algunos científicos sugieren que las partículas adicionales procederían de púlsares, un tipo de estrellas que giran muy rápido sobre sí mismas expulsando electrones, positrones y otro tipo de partículas. La segunda hipótesis, por otro lado, apunta que los positrones presentarían un origen más exótico, relacionado quizás con la materia oscura, la misteriosa forma de materia que no emite radiación y que compone el 26% del universo.
El Observatorio HAWC se ha dedicado a realizar las primeras medidas en detalle de dos púlsares cercanos, Geminga y PSR B0656+14, para determinar si efectivamente son la fuente del exceso de positrones que alcanza la Tierra. A pesar de que las estrellas se encuentran a la distancia idónea y presentan una edad apta para funcionar como fábrica de los antielectrones, los datos obtenidos descartan que ambos púlsares actúen como el origen de estas partículas de antimateria, ya que están rodeados por una especie de 'nube turbia' que evita que los positrones escapen con dirección a nuestro planeta.
"Esta nueva medición es tentadora porque desaprueba fuertemente la idea de que los positrones extra lleguen a la Tierra desde dos púlsares cercanos, al menos cuando se plantea un modelo relativamente simple de cómo los positrones se difunden lejos de estas estrellas giratorias", comenta Jordan Goodman, portavoz de HAWC y profesor en la Universidad de Maryland. "Nuestro análisis no resuelve el misterio en favor de la materia oscura, pero cualquier otra nueva hipótesis que intente explicar el exceso utilizando los púlsares necesitará tener en cuenta lo que hemos encontrado", añade.
La publicación del trabajo en Science nos deja con una gran incertidumbre: ¿cuál es la fuente real de los positrones extra que llegan a la Tierra? A pesar de no decantarse claramente por ninguna hipótesis, el equipo de Goodman sugiere que las antipartículas opuestas a los electrones podrían tener un origen más exótico. Esa posible y desconocida fuente podría ser un acelerador cósmico como un microcuásar o los restos de supernovas e incluso proceder de la aniquilación o la descomposición de partículas de materia oscura.
"Gracias a su amplio campo de visión, HAWC ofrece mediciones únicas en los perfiles de rayos gamma de muy alta energía causados por la difusión de partículas alrededor de los púlsares próximos, lo que nos ayuda a determinar cómo de rápido se propagan las partículas", señala Hao Zhou, del Laboratorio Nacional de Los Álamos. "Estamos más cerca de entender el origen del exceso de positrones", destaca Francisco Salesa Greus, del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia. La fuente de antimateria continúa siendo un misterio para los científicos que, sin rechazar por completo que las partículas opuestas a los electrones procedan de otros púlsares desconocidos, cuentan con una mayor evidencia a favor de otros exóticos orígenes.
