La materia oscura es uno de los grandes misterios del universo, una sustancia invisible que representa alrededor del 85% de su masa pero que nunca se ha observado directamente. Determinar qué es sigue siendo una de las mayores incógnitas de nuestro mundo.
Ahora, LUX-ZEPLIN (LZ) -una colaboración interna, integrada por 250 científicos e ingenieros de 39 instituciones- ha registrado una interacción de una sola partícula que los investigadores tienen grandes dificultades para encajar con el comportamiento de la materia ordinaria.
Aunque todavía no se puede hablar de descubrimiento, el equipo cree que es “el indicio más convincente de materia oscura reportado por el experimento hasta la fecha”, según ha anunciado en un comunicado de prensa.
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En qué consistió el estudio
El estudio se llevó a cabo en el laboratorio LZ, gestionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE.UU. (Berkeley Lab), que opera a casi 1,6 kilómetros bajo tierra en el Centro de Investigación Subterránea Sanford (SURF) en Dakota del Sur.
El experimento está optimizado para buscar y detectar WIMP o partículas masivas de interacción débil, que son una de las hipotéticas partículas de la materia oscura.
“No queremos adelantarnos a los acontecimientos. No afirmamos haber detectado materia oscura, pero sí hemos observado algo interesante que queremos compartir con la comunidad científica para recabar su opinión”, ha advertido Rick Gaitskell, profesor de la Universidad de Brown y portavoz de LZ.
Para buscar materia oscura, la colaboración LZ estudia datos experimentales por lotes. En el nuevo estudio, los investigadores analizaron 220 días de datos recopilados entre marzo de 2023 y abril de 2024.
Previamente, la colaboración había buscado en este conjunto de datos señales débiles de las interacciones WIMP más simples, explica el comunicado.
El nuevo análisis buscó un rango más amplio de posibles interacciones WIMP que pudieran depositar más energía en el detector (LZ es particularmente sensible a estas señales, a la vez que minimiza los falsos positivos).
Meses de esfuerzo adicional
“Este fue un estudio detallado en una región que no habíamos explorado dentro de este conjunto de datos, y dedicamos meses de esfuerzo adicional para comprender todas las posibles causas de los eventos de fondo”, ha explicado Sam Eriksen, investigador asociado sénior de la Universidad de Bristol en el Reino Unido y autor principal del estudio.
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“Conocemos nuestro detector y los eventos de fondo tan bien que incluso un solo evento excepcional, como el que encontramos, es importante. Esperamos que los eventos de materia oscura sean extremadamente raros, por lo que solo unos pocos podrían marcar la primera detección de materia oscura WIMP”, ha subrayado.
LZ busca materia oscura detectando destellos de luz característicos de la energía depositada en el detector.
Para ello, la colaboración emplea diversos métodos para prevenir o compensar las interacciones de partículas causadas por la materia ordinaria, como una roca que protege el detector de los rayos cósmicos del espacio, un tanque de agua y detectores externos que protegen el detector central de los neutrones de fondo, y un conjunto de herramientas computacionales que desentrañan las interacciones de partículas y descartan imitaciones de materia oscura.
“Los eventos atípicos en los datos no son inesperados, pero suelen destacar como un ruido de fondo cuando se analizan con mayor profundidad”, ha apuntado Aaron Manalaysay, físico del Laboratorio Berkeley y presidente del Consejo Institucional de LZ.
Y “este es el primer ejemplo en cualquier experimento en el que he trabajado de un valor atípico que parece válido en todos los sentidos”, ha subrayado el físico.
“Por supuesto, seguimos dándole vueltas a la cabeza tratando de encontrar algún mecanismo de fondo poco común que hayamos podido pasar por alto, pero es emocionante pensar si esto podría ser el primer indicio de una observación de materia oscura”, ha avanzado Manalaysay.
Los investigadores de la coalición LZ -integrada por Estados Unidos, Reino Unido, Portugal, Suiza, Corea del Sur y Australia- seguirán trabajando en el hallazgo para tratar de confirmarlo.
Por su parte, el telescopio Nancy Grace Roman de la NASA, el observatorio panorámico más grande jamás construido y lanzado esta semana con éxito, ayudará a esclarecer las incógnitas sobre la energía oscura. Los científicos creen que sus observaciones podrían cambiar los modelos actuales de la física.