Un nuevo análisis del experimento LUX-ZEPLIN (LZ) ha registrado una interacción de una sola partícula que los investigadores tienen grandes dificultades para explicar con señales de fondo conocidas de materia normal. El resultado aún no alcanza el umbral estadístico requerido para afirmar un descubrimiento de materia oscura, pero es uno de los indicios más convincentes reportados hasta la fecha.

La materia oscura es uno de los grandes enigmas de la física. Sabemos que existe por sus efectos gravitatorios sobre galaxias y estructuras cósmicas, pero nadie ha logrado detectar directamente una partícula que permita identificarla. Ahora, un experimento situado casi 1.500 metros bajo tierra en Dakota del Sur ha registrado un acontecimiento que obliga a los científicos a mirar de nuevo hacia una de las hipótesis más establecidas: que la materia oscura esté formada por partículas conocidas como WIMP.

El protagonista es LUX-ZEPLIN (LZ), una gigantesca cámara de detección que utiliza xenón líquido ultrapuro para intentar capturar el diminuto retroceso producido cuando una partícula de materia oscura choca contra un átomo. El detector contiene toneladas de xenón y está protegido por una gruesa capa de roca, además de otros sistemas destinados a eliminar señales provocadas por la radiación y otras partículas ordinarias, según una nota de prensa del Departamento de Energía de Estados Unidos.

En una nueva búsqueda, el equipo analizó una exposición de 2,84 toneladas-año y amplió el rango de energía estudiado hasta unos 270 kiloelectronvoltios. El objetivo era explorar interacciones de materia oscura más energéticas de lo habitual, incluidas aquellas que podrían encajar con modelos más complejos de los WIMP.

En ese análisis apareció un único acontecimiento especialmente llamativo: un retroceso nuclear con una energía estimada de 248 ± 23 keV estadísticos ± 23 keV sistemáticos, de acuerdo a la investigación presentada en el evento 2026 TeV Particle Astrophysics conference.

Los investigadores esperaban muy pocos acontecimientos de fondo en esa región energética y, tras estudiar distintas fuentes conocidas capaces de imitar una señal de materia oscura, no encontraron una explicación convencional convincente.

Según una nota de prensa de la Universidad Northwestern, uno de las universidades que forma parte de la colaboración científica, la probabilidad de que el suceso proceda de una fuente ordinaria conocida se sitúa en torno al 0,5 %. Para el equipo, es el acontecimiento individual más interesante observado en sus años de búsqueda.

Para buscar materia oscura, el LUX-ZEPLIN utiliza tubos fotomultiplicadores para capturar la luz de las interacciones de las partículas. / Crédito: Matthew Kapust/Laboratorio de investigación subterránea de Sanford.

Pero un 0,5 % no significa haber descubierto materia oscura. En física de partículas, la exigencia para anunciar un descubrimiento es muchísimo mayor: normalmente se utiliza el umbral de cinco sigmas. El resultado de LZ alcanza 2,6 sigmas al tener en cuenta el llamado efecto de búsquedas múltiples, mientras que la significación local máxima en los modelos analizados llega a 3,4 sigmas. Es una anomalía importante, no una confirmación.

Además, el propio equipo es tajante en este punto. Rick Gaitskell, portavoz de LZ, ha insistido en que los investigadores no están afirmando haber observado materia oscura. Lo que han encontrado es algo que resulta difícil de explicar y que merece ser investigado con más datos. La colaboración lleva años perfeccionando el conocimiento de su detector y de los posibles fondos radiactivos, pero reconoce que todavía podría existir algún proceso poco frecuente que imite una interacción de materia oscura.

La señal, además, no encaja perfectamente con la versión más sencilla de los WIMP. El depósito de energía es mucho mayor de lo esperado para las interacciones convencionales que LZ suele buscar. Si el acontecimiento hubiese sido provocado por una partícula de materia oscura, los cálculos indican que podría tratarse de un WIMP con una masa de al menos 200 veces la del protón y con un tipo de interacción más complejo de lo que describen los modelos más simples.

La prueba definitiva llegará con nuevos datos. LZ continúa tomando mediciones y, según los investigadores, el conjunto analizado hasta ahora representa solo una parte de la exposición prevista durante la vida del experimento. Si aparecen más acontecimientos con características similares, la hipótesis de la materia oscura ganará fuerza rápidamente. Si no aparecen, o si se identifica una explicación alternativa, esta primera señal podría acabar convertida en una simple anomalía llamativa.

Por eso, aunque podríamos estar ante una de las pistas más prometedoras obtenidas hasta ahora en la búsqueda directa de esta sustancia invisible, no es posible confirmar aún la existencia de materia oscura. Y en una disciplina en la que una sola colisión puede cambiar nuestra visión del Universo, eso ya es motivo suficiente para asombrarnos.

Fuente: Levante - EMV