Un experimento internacional registró una interacción de partículas que los científicos no logran explicar con la física conocida. El hallazgo, aunque preliminar, es descripto como el indicio más sólido de materia oscura hasta la fecha.
La detección ocurrió en el detector LUX-ZEPLIN (LZ), ubicado a casi dos kilómetros de profundidad bajo tierra en Dakota del Sur, Estados Unidos. El aparato utiliza 10 toneladas de xenón líquido ultrapuro para capturar destellos de luz producidos por posibles interacciones de partículas.
El estudio fue liderado por el doctor Sam Eriksen, investigador de la Universidad de Bristol. "Lo que observamos en este análisis podría ser el primer paso para comprender la materia oscura como una partícula. Tras un enorme esfuerzo científico, esto es increíblemente emocionante", dijo Eriksen en un comunicado de la institución.
Qué es la materia oscura y por qué importa este resultado
La materia oscura representa alrededor del 85 por ciento de toda la masa del universo, pero nunca fue detectada de forma directa. Su existencia se postula desde hace casi un siglo a partir de efectos gravitacionales que no pueden explicarse con la materia visible.
El autor principal del estudio, el Dr. Sam Eriksen, investigador asociado sénior de la Universidad de Bristol, en el Centro de Investigación Subterráneo de Sanford (SURF), en el estado estadounidense de Dakota del Sur, donde se encuentra LUX-ZEPLIN (LZ). Foto: Sam Eriksen.
El detector LZ registró una única interacción de partículas que los investigadores no consiguieron atribuir a ninguna fuente conocida de señales de fondo. La interacción podría haber sido causada por un WIMP —partícula masiva de interacción débil—, uno de los principales candidatos teóricos para explicar la materia oscura.
El resultado alcanzó una significancia estadística de 2,6 sigma, lo que implica una probabilidad de aproximadamente 0,5 por ciento de que el evento sea explicable por procesos conocidos. El umbral para declarar un descubrimiento en física es de 5 sigma, por lo que el hallazgo es prometedor pero aún no conclusivo.
"Estamos muy intrigados por ver este evento en los datos, en la región donde esperamos que aparezca la materia oscura y donde los fondos competitivos son muy bajos", afirmó el profesor Rick Gaitskell, de la Universidad de Brown y vocero de la colaboración LZ. "Con un solo evento, no queremos adelantarnos. No estamos afirmando haber visto materia oscura. Pero sí vimos algo interesante que queremos compartir con la comunidad científica", agregó.
Una búsqueda de ocho años en Bristol
El análisis cubre 220 días de datos recolectados entre marzo de 2023 y abril de 2024. A diferencia de estudios anteriores que buscaban los tipos más simples de interacciones WIMP, esta investigación exploró un rango más amplio de interacciones posibles, capaces de depositar más energía en el detector.
Si el evento fue producido por materia oscura, el WIMP responsable tendría una masa de al menos 200 GeV/c², más de 200 veces la masa de un protón, y sugeriría un tipo de interacción más complejo que el modelo más básico.
Científicos de LZ dentro del tanque de agua tras la instalación del detector externo, en la que colaboró el equipo de Bristol. Foto: Matthew Kapust/Laboratorio Subterráneo de Investigación de Sanford.
El grupo de Bristol lleva ocho años desarrollando este tipo de búsqueda dentro del experimento LZ. El profesor Henning Flaecher, que dirige ese equipo con financiamiento del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido, valoró el trabajo acumulado. "Hemos estado trabajando en este tipo de búsqueda de materia oscura en Bristol durante mucho tiempo, y parece que ese esfuerzo sostenido está dando frutos", sostuvo.
La colaboración completa involucra a 250 científicos e ingenieros de 39 instituciones en seis países. El trabajo fue enviado a una revista científica y está disponible como preprint para la revisión de la comunidad.
Con más datos —LZ ya acumuló el conjunto de datos de materia oscura más grande del mundo— los investigadores podrán determinar si la señal se consolida o desaparece. En paralelo, Bristol participa en el diseño de XLZD, el detector de próxima generación que combina los esfuerzos de los proyectos XENON, LUX-ZEPLIN y DARWIN, con posibilidad de instalarse en el Laboratorio Subterráneo de Boulby, en el norte de Inglaterra.
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