El proceso hipotético en el que las partículas de materia oscura colisionan y producen partículas del modelo estándar, incluidos electrones y positrones.La aniquilación de materia oscura es un proceso hipotético en el que las partículas de materia oscura, que no interactúan con la luz ni con la materia ordinaria excepto a través de la gravedad, colisionan entre sí y se transforman en partículas del modelo estándar, es decir, las partículas familiares que componen los átomos, la luz y la radiación. Este proceso es central en muchas teorías sobre la materia oscura, porque ofrece una manera de detectarla indirectamente: si las partículas de materia oscura pueden aniquilarse, producirían rayos gamma, neutrinos o partículas cargadas como electrones y positrones que podríamos observar con telescopios y detectores. La idea es especialmente atractiva para las partículas masivas que interactúan débilmente (WIMPs, por sus siglas en inglés), un candidato principal a materia oscura, que habrían sido abundantes en el universo temprano y que aún podrían aniquilarse en regiones densas como los centros de las galaxias o el Sol.
El concepto surgió en la década de 1980 junto con el desarrollo de la hipótesis WIMP, cuando los teóricos se dieron cuenta de que una partícula masiva que interactuara débilmente con las propiedades adecuadas podría explicar tanto la abundancia observada de materia oscura como producir señales de aniquilación detectables. La idea ganó prominencia con el auge de los experimentos de detección indirecta en las décadas de 1990 y 2000, aunque no se ha confirmado ninguna señal definitiva.
En física de partículas, la aniquilación ocurre cuando una partícula se encuentra con su antipartícula, y su masa-energía combinada se convierte en otras partículas. Para la materia oscura, el mecanismo depende de la naturaleza de la partícula: si la materia oscura es su propia antipartícula (como el fermión de Majorana), dos partículas de materia oscura pueden aniquilarse directamente; si no, se necesitan una partícula y su antipartícula. La aniquilación típicamente produce un par de partículas del modelo estándar, por ejemplo, un par quark-antiquark o un par leptón-antileptón, que luego decaen o se fragmentan en partículas estables como fotones, protones, electrones y positrones. La tasa de aniquilación depende de la densidad de materia oscura al cuadrado, por lo que es más fuerte donde la materia oscura se agrupa, como en los halos galácticos o en el pozo gravitacional del Sol, donde la materia oscura capturada podría acumularse.
La aniquilación de materia oscura es el objetivo de experimentos de detección indirecta como el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, que busca rayos gamma provenientes de regiones densas en materia oscura, y telescopios de neutrinos como IceCube, que buscan neutrinos del núcleo del Sol.
Si la materia oscura se aniquila en el universo temprano, podría haber producido suficientes positrones para explicar la abundancia observada de antimateria en los rayos cósmicos, una señal que se ha vinculado tentativamente con los experimentos PAMELA y AMS-02.
