Durante casi un siglo, la humanidad ha intentado comprender la materia oscura. Esta sustancia invisible constituye aproxim. el 85% de la masa del universo, pero nunca se ha detectado directamente. Determinar con exactitud qué es sigue siendo una de las mayores incógnitas de nuestro mundo.
Si se logra detectar o encontrar la partícula o naturaleza exacta de la materia oscura, se produciría una de las mayores revoluciones en la historia de la ciencia y la física moderna.
Confirmaría que el Modelo de la NASA sobre la composición del cosmos es correcto (donde la materia oscura representa cerca del 27% del universo).
Aunque de inicio es ciencia fundamental, el descubrimiento y control de nuevas partículas o interacciones físicas suelen derivar en aplicaciones prácticas impredecibles a largo plazo, nuevas tecnologías (similar a lo ocurrido con la física cuántica o la relatividad).
Un nuevo análisis del experimento LUX-ZEPLIN (LZ) (detector de materia oscura más sensible del mundo, situado a casi 1,5 kilómetros bajo tierra en Dakota del Sur) ha registrado una interacción de una sola partícula que los investigadores tienen grandes dificultades para explicar con las señales de fondo conocidas de la materia ordinaria. El resultado aún no alcanza el umbral estadístico necesario para afirmar un descubrimiento, pero es el indicio más convincente de materia oscura reportado por el experimento hasta la fecha.
LZ es una colaboración internacional de 250 científicos e ingenieros de 39 instituciones. El detector está gestionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EEUU (Berkeley Lab) y opera a casi 1.6 kilómetros bajo tierra en el Centro de Investigación Subterránea Sanford (SURF) en Dakota del Sur. El experimento utiliza 10 toneladas de xenón líquido ultrapuro para buscar materia oscura y está optimizado para detectar WIMP, o partículas masivas de interacción débil.
Los resultados se presentaron en una ponencia científica en la conferencia TeV Particle Astrophysics 2026 en Japón. El artículo se publicará en el repositorio en línea arXiv y se enviará a la revista Physical Review Letters.
«Nos intriga mucho observar este evento en los datos, en la región donde esperamos encontrar materia oscura y donde los fondos de interferencia son muy bajos», declaró Rick Gaitskell, profesor de la Universidad de Brown y portavoz de LZ. «Con un solo evento, 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».
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. 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.
“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”, dijo Sam Eriksen, investigador asociado sénior de la Universidad de Bristol en el Reino Unido y autor principal del estudio. “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”.
Si el evento anómalo fue causado por materia oscura, la WIMP que lo generó probablemente tendría una masa de al menos 200 GeV/c² ( gigaelectronvoltios), o más de 200 veces la masa de un protón. Esto también sugeriría un tipo específico de interacción entre las WIMP y la materia ordinaria que va más allá del modelo más simple. Los resultados de LZ no han alcanzado la significancia de «5 sigma», el umbral estadístico considerado un descubrimiento en física. El nuevo análisis arroja 2,6 sigma, lo que significa que hay aproximadamente un 0,5% de probabilidad de que el evento pueda explicarse mediante fondos conocidos.
Con datos adicionales, los investigadores pueden comprobar si el hallazgo sigue cobrando mayor relevancia o si, por el contrario, pierde importancia. El Laboratorio de Zoología (LZ) ya ha acumulado el mayor conjunto de datos de materia oscura del mundo y seguirá recopilando datos de búsqueda de WIMP en SURF, lo que mejorará sustancialmente sus estadísticas de búsqueda.
LZ se encuentra dentro del Campus Davis, a 4850 pies bajo la superficie en SURF, en la misma ubicación subterránea donde Raymond Davis ganó el Premio Nobel de 2002 por la investigación sobre neutrinos solares que inició en la década de 1960.
«Nos enorgullece continuar con esta larga tradición de investigación de vanguardia en SURF», declaró Mike Headley, director ejecutivo de la Autoridad de Ciencia y Tecnología de Dakota del Sur y director del laboratorio SURF. «Agradecemos la sólida colaboración con la Colaboración LZ y esperamos seguir investigando la materia oscura en SURF en los próximos años».
«LZ no solo heredó el espacio subterráneo donde Ray Davis realizó su trabajo pionero sobre neutrinos, sino que la colaboración está llevando a cabo la investigación científica rigurosa necesaria para confirmar nuestra comprensión del Universo, de forma similar a los esfuerzos del propio Davis. Esperamos con interés las actualizaciones de los análisis de LZ y de la comunidad científica dedicada a la materia oscura, y confiamos en que SURF pueda seguir contribuyendo a este apasionante campo albergando detectores de materia oscura de vanguardia en las próximas décadas», declaró Jaret Heise, director científico de SURF.
LZ busca materia oscura detectando destellos de luz característicos de la energía depositada en el detector. La colaboración emplea diversos métodos para prevenir o compensar las interacciones de partículas causadas por la materia ordinaria. Esto incluye una milla de roca que protege el detector de los muones de rayos cósmicos, 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”, dijo Aaron Manalaysay, físico del Laboratorio Berkeley y presidente del Consejo Institucional de LZ. “Este es el primer ejemplo en cualquier experimento en el que he trabajado de un valor atípico que parece válido en todos los sentidos. 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”.
LZ cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de los Estados Unidos, Oficina de Ciencia, Oficina de Física Nuclear y de Altas Energías, y el Centro Nacional de Computación Científica para la Investigación Energética, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía. LZ también recibe apoyo del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas del Reino Unido; la Fundación Portuguesa para la Ciencia y la Tecnología; la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia; el Centro de Excelencia del Consejo Australiano de Investigación para la Física de Partículas de Materia Oscura; y el Instituto de Ciencias Básicas de Corea.
Fuente: sanfordlab.org
