El detector de materia oscura más sensible del mundo ha estrechado el cerco sobre las WIMP, las partículas masivas de interacción débil que durante décadas fueron las candidatas favoritas para explicar la materia oscura. El experimento LUX-ZEPLIN (LZ), situado a casi una milla bajo tierra en Dakota del Sur, analizó 280 días de datos combinando nuevas mediciones con registros anteriores.
Hugh Lippincott, físico de la Universidad de California en Santa Bárbara, destacó el alcance del hallazgo. "Si bien siempre esperamos descubrir una nueva partícula, es importante para la física de partículas que podamos definir qué podría ser realmente la materia oscura", afirmó durante la presentación de los resultados.
Los nuevos datos exploran interacciones más débiles que cualquier experimento previo, reduciendo drásticamente el campo de posibilidades para las WIMP. Aunque no quedan descartadas como explicación, su papel se acota cada vez más, obligando a los investigadores a revisar modelos y teorías.
El detector LZ utiliza diez toneladas de xenón líquido ultrapuro en tanques de titanio a 1,6 kilómetros bajo tierra. Este entorno aislado de radiación cósmica y ruido ambiental permite registrar señales extremadamente tenues que podrían indicar una colisión de un WIMP con un núcleo de xenón.
La ingeniería detrás del detector más sensible del mundo
La sensibilidad sin precedentes del experimento se logró gracias a un diseño multicapa que funciona como una cebolla. Cada nivel bloquea radiación externa o rastrea partículas que podrían imitar a la materia oscura, reduciendo así las señales falsas.
Makayla Trask, estudiante de posgrado de UC Santa Bárbara, explicó uno de los mayores retos: los neutrones. "Lo complicado es que también interactúan con los núcleos de xenón, emitiendo una señal idéntica a la que esperamos de los WIMP", señaló al describir el papel del detector exterior cargado con gadolinio.
Jack Bargemann, ex doctorando de la UCSB, abordó otro factor de confusión: el radón. "Pudimos observar todo el conjunto de desintegraciones en el detector para identificar el radón y evitar confundirlo con WIMP", indicó el investigador ahora en el Pacific Northwest National Laboratory.
Para evitar sesgos inconscientes, el equipo aplicó la técnica de "salting", que introduce señales falsas de WIMP durante la recopilación de datos. "Es fundamental que, al entrar en este nuevo régimen, no se introduzca ningún sesgo", subrayó Scott Haselschwardt, coordinador del análisis.
El experimento planea recopilar 1000 días de datos antes de 2028. Mientras tanto, los científicos preparan un detector de próxima generación, XLZD, que continuará esta búsqueda fundamental sobre la composición del universo.
Chami Amarasinghe, investigador postdoctoral, añadió que el experimento también es sensible a fenómenos raros como neutrinos solares o desintegraciones inusuales de isótopos, lo que abre nuevas posibilidades en la física de partículas.
