Un detector enterrado a gran profundidad bajo tierra ha registrado un evento que los investigadores todavía no logran atribuir a una causa conocida.
El experimento LUX-ZEPLIN, o LZ, busca directamente las partículas que podrían constituir la materia oscura. Esta materia invisible se deduce de sus efectos gravitatorios sobre las galaxias y otros objetos celestes. Su naturaleza sigue siendo desconocida, ya que ninguna de sus partículas supuestas ha sido detectada con certeza.
Red de fotomultiplicadores del detector LUX-ZEPLIN, diseñada para captar los destellos luminosos muy débiles producidos en el xenón líquido.
Crédito: Matthew Kapust / Sanford Underground Research Facility
Para intentar detectar una de ellas, LZ utiliza unas 10 toneladas de xenón líquido muy puro. El detector se encuentra a casi 1,5 km bajo tierra, en Dakota del Sur. Esta profundidad bloquea gran parte de las partículas procedentes del espacio que podrían producir señales falsas.
Cuando una partícula golpea un átomo de xenón, puede provocar diminutas emisiones de luz y liberar electrones. Los investigadores analizan estas huellas para determinar su origen. Buscan especialmente WIMP, partículas hipotéticas masivas que interactuarían muy raramente con la materia ordinaria.
El nuevo análisis abarca 220 días de mediciones recopiladas entre marzo de 2023 y abril de 2024. Explora interacciones capaces de depositar más energía que las buscadas en los análisis anteriores. Un evento destaca: tras meses de comprobaciones, el equipo no ha encontrado un ruido de fondo conocido que permita explicarlo fácilmente.
Cuando una partícula WIMP colisiona con un átomo de xenón, este emite un destello luminoso y electrones. La luz se detecta en la parte superior e inferior de la cámara de xenón líquido. Un campo eléctrico dirige los electrones hacia la parte superior de la cámara, donde generan un segundo destello luminoso.
Crédito: Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory
El resultado alcanza 2,6 sigma, una medida estadística utilizada para estimar hasta qué punto un resultado se distingue del simple azar. En física de partículas, un descubrimiento generalmente requiere 5 sigma. Según el equipo, los ruidos de fondo conocidos tendrían aproximadamente un 0,5 % de probabilidades de producir un resultado al menos tan inusual.
Si el evento procediera realmente de una partícula de materia oscura, esta probablemente tendría una masa superior a unas 200 veces la de un protón. También correspondería a un tipo de interacción más amplio que el de los modelos más sencillos que LZ suele poner a prueba. Por ahora, este escenario sigue siendo una posibilidad entre otras.
Los investigadores se mantienen especialmente cautelosos porque solo disponen de un evento. Un fenómeno raro aún mal comprendido en el detector también podría ser el responsable. Por ello, el equipo trabaja en las calibraciones y en las posibles fuentes de ruido en este rango de energía.
El futuro dependerá sobre todo de los nuevos datos. LZ continúa registrando interacciones en su depósito de xenón. Si aparecen otros eventos similares, la relevancia estadística de la señal podrá aumentar. Si permanece aislado, su importancia podría, por el contrario, disminuir a medida que se acumulen las mediciones.