Nuevo récord experimental en la búsqueda de materia oscura

El detector central de LZ, la cámara de proyección de tiempo, en una sala limpia del laboratorio de superficie antes de la entrega subterránea. - MATTHEW KAPUST/SANFORD UNDERGROUND RESEARCH F.

   MADRID, 27 Ago. (EUROPA PRESS) -

   Nuevos resultados del detector más sensible, LUX-ZEPLIN (LZ), han reducido las posibilidades de uno de los principales candidatos a materia oscura: las partículas masivas de interacción débil o WIMP.

   Descubrir la naturaleza de la materia oscura, la sustancia invisible que compone la mayor parte de la masa de nuestro universo, es uno de los mayores enigmas de la física.

   LZ, dirigido por el Berkeley Lab del Departamento de Energía de EEUU, busca materia oscura en una caverna a casi una milla bajo tierra en el Centro de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur. Los nuevos resultados del experimento exploran interacciones de materia oscura más débiles que nunca antes investigadas y limitan aún más lo que podrían ser las WIMP.

   "Se trata de nuevas limitaciones líderes a nivel mundial por un margen considerable en materia oscura y WIMP", dijo en un comunicado Chamkaur Ghag, portavoz de LZ y profesor en el University College London (UCL). Señaló que el detector y las técnicas de análisis están funcionando incluso mejor de lo que se esperaba de la colaboración.

   "Si los WIMP hubieran estado en la región que buscamos, habríamos podido decir algo con contundencia sobre ellos. Sabemos que tenemos la sensibilidad y las herramientas para ver si están allí mientras buscamos energías más bajas y acumulamos la mayor parte de la vida útil de este experimento".

   La colaboración no encontró evidencia de WIMP por encima de una masa de 9 gigaelectronvoltios/c2 (GeV/c2). (A modo de comparación, la masa de un protón es ligeramente inferior a 1 GeV/c2). La sensibilidad del experimento a las interacciones débiles ayuda a los investigadores a rechazar posibles modelos de materia oscura WIMP que no se ajusten a los datos, dejando significativamente menos lugares donde los WIMP puedan esconderse.

   Los nuevos resultados se presentaron en dos conferencias de física el 26 de agosto: TeV Particle Astrophysics 2024 en Chicago, Illinois, y LIDINE 2024 en São Paulo, Brasil. Se publicará un artículo en las próximas semanas.

   La sensibilidad de LZ proviene de las innumerables formas en que el detector puede reducir los fondos, las señales falsas que pueden suplantar u ocultar una interacción de materia oscura. En las profundidades subterráneas, el detector está protegido de los rayos cósmicos que vienen del espacio.

MILES DE PIEZAS ULTRALIMPIAS

   Para reducir la radiación natural de los objetos cotidianos, LZ se construyó a partir de miles de piezas ultralimpias y de baja radiación. El detector está construido como una cebolla, con cada capa bloqueando la radiación externa o rastreando las interacciones de partículas para descartar imitaciones de materia oscura. Y las nuevas y sofisticadas técnicas de análisis ayudan a descartar interacciones de fondo, en particular las del culpable más común: el radón.

   Este resultado es también la primera vez que LZ ha aplicado "salado", una técnica que añade señales WIMP falsas durante la recopilación de datos. Al camuflar los datos reales hasta que se "desalan" al final, los investigadores pueden evitar el sesgo inconsciente y evitar interpretar o cambiar excesivamente su análisis.

   "Estamos ampliando los límites hacia un régimen en el que la gente no ha buscado materia oscura antes", dijo Scott Haselschwardt, coordinador de física de LZ y reciente becario Chamberlain en Berkeley Lab, que ahora es profesor adjunto en la Universidad de Michigan. "Existe una tendencia humana a querer ver patrones en los datos, por lo que es realmente importante que cuando se entra en este nuevo régimen no se introduzca ningún sesgo. Si se hace un descubrimiento, se quiere hacerlo bien".

   Se estima que la materia oscura, llamada así porque no emite, refleja ni absorbe luz, constituye el 85% de la masa del universo, pero nunca ha sido detectada directamente, aunque ha dejado sus huellas en múltiples observaciones astronómicas. No existiríamos sin esta misteriosa pero fundamental pieza del universo; la masa de la materia oscura contribuye a la atracción gravitatoria que ayuda a que las galaxias se formen y permanezcan juntas.

   LZ utiliza 10 toneladas de xenón líquido para proporcionar un material denso y transparente con el que las partículas de materia oscura puedan chocar. La esperanza es que un WIMP choque contra un núcleo de xenón, provocando que se mueva, de forma muy similar al impacto de una bola blanca en una partida de billar. Al recopilar la luz y los electrones emitidos durante las interacciones, LZ captura posibles señales WIMP junto con otros datos.

   "Hemos demostrado lo fuertes que somos como máquina de búsqueda de WIMP, y seguiremos funcionando y mejorando aún más, pero hay muchas otras cosas que podemos hacer con este detector", dijo Amy Cottle, líder del esfuerzo de búsqueda de WIMP y profesora adjunta en la UCL.