El detector LUX-ZEPLIN registró en 2023 una colisión dentro de su tanque de xenón líquido que todavía no puede explicarse pero podría ser algun modelo de materia oscura pesada
A casi 1,5 kilómetros bajo las Colinas Negras de Dakota del Sur, Estados Unidos, un enorme detector lleva años en espera de algo muy improbable: que una partícula de Materia Oscura choque con un átomo y deje una señal medible y el 16 de junio de 2023, el experimento LUX-ZEPLIN (LZ) registró, un evento que, más de tres años después, no tiene una explicación clara.
Dentro de sus siete toneladas de xenón líquido, cientos de sensores detectaron dos breves destellos compatibles con el impacto de una partícula contra el núcleo de un átomo y desde entonces, los científicos estudiaron posibles fuentes de radiación, partículas conocidas y errores instrumentales, pero ninguna explicación termina de encajar, aunque esto no significa que hayan encontrado materia oscura eso no significa que hayan encontrado materia oscura, ya que la señal apareció una sola vez y todavía podría tener un origen convencional desconocido.
Una colisión difícil de explicar: LUZ-ZEPLIN está instalado en el Laboratorio de Investigación Subterránea Sanfod, una antigua mina de oro cuya enorme capa de roca, ayuda a proteger el experimento de los rayos cósmicos.
Cuando una partícula interactúa con el Xenón, produce su primer destello de luz y libera electrones que generan una segunda señal y al alcanzar la relación entre ambas, los investigadores pueden estimar si la interacción afectó de manera principal, a los electrones del átomo o provocó un retroceso nuclear, justo el tipo de colisión que podría producir una partícula de Materia Oscura.
El evento de 2023 se parece mucho más a este segundo caso y se produjo en la región interior del detector, no activó los sistemas exteriores y alcanzó una energía compatible con algunos modelos de partículas de materia oscura muy pesadas.
La señal es interesante pero todavía no es suficiente para hablar de descubrimiento: el resultado procede de un análisis de 220 días de observaciones obtenidas entre marzo de 2023 y abril de 2024.
En determinadas hipótesis de materia oscura, la anomalía alcanza en su inico una significación estadística de 3,4 sigmas, pero sin embargo, el equipo probó 616 combinaciones diferentes de masas y tipos de interacción y al corregir el resultado por la posibilidad de obtener alguna coincidencia solo por realizar tantas comparaciones, la significación cae a 2,6 sigmas.
En física de partículas, de manera habitual se exige alcanzar cinco sigmas antes de anunciar de manera formal un descubrimiento, por lo que Rick Gaitskell, portavoz de LZ y profesor de la Universidad de Brown, fue muy prudente: el equipo no afirma haber detectado materia oscura, sino “haber encontrado una señal lo suficientemente interesante como para compartirla con la comunidad científica”.
Si fuera materia oscura, sería my pesada: una de las hipótesis más conocidas propone que la materia oscura está formada por WIMP, partículas masivas que interactúan de manera muy débil con la materia ordinaria y la inmensa mayoría, atravesaría nuestro planeta sin tocar nada, pero, de manera excepcional, una podría chocar contra el núcleo de un átomo de xenón y provocar el tipo de retroceso que busca LZ.
Si el evento detectado tuviera ese origen, la partícula responsable de manera probable tendría más de 200 veces la masa de un protón, lo que apuntaría hacia una categoría especialmente pesada de Materia Oscura y otra posibilidad, sería la llamada Materia Oscura Inelástica, en la que una partícula cambiaría a un estado ligeramente más pesado durante la propia colisión.
La respuesta, podría estar ya dentro de los datos: los científicos también estudiaron explicaciones más ordinarias, como neutrones, neutrinos, pulsos accidentales o interacciones en las que parte de la carga no se detectó de manera correcta, aunque ninguna explica de forma convincente el evento, aunque tampoco todas pueden descartarse, pero la buena noticia es que LZ ya recopiló, al menos, el doble de datos utilizados en este análisis y está previsto que continúe funcionando como mínimo hasta 2028.
Si aparecen nuevas colisiones con características similares, el interés aumentará de manera considerable, pero si no vuelven a aparecer, aquel destello de 2023 podría terminar siendo solo una anomalía estadística o un fenómeno todavía desconocido del detector, por lo que por ahora, la materia oscura es invisible, aunque por primera vez LUX-ZEPLIN tiene entre sus datos una señal que merece ser observada con especial atención.
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