Los resultados del experimento XENON100 son un punto brillante en la búsqueda de materia oscura.
El equipo de científicos internacionales involucrados en el proyecto demostró la sensibilidad de su detector y registró resultados que desafían varios modelos de materia oscura y un reclamo de larga data de detección de materia oscura. Los trabajos que detallan los resultados se publicarán en los próximos números de las revistas ciencia y Cartas de revisión física .
La materia oscura es una materia abundante pero invisible en el universo considerada responsable de la fuerza gravitacional que mantiene unida la galaxia de la Vía Láctea, dijo Rafael Lang, profesor asistente de física en la Universidad de Purdue que participó en la investigación.
"Nuestra galaxia gira como un tiovivo increíblemente rápido, y las estrellas, los planetas y otros objetos volarían en diferentes direcciones si no fuera por la atracción gravitacional", dijo. "Cuando calculamos la gravedadde cada masa conocida, no tiene la fuerza suficiente para mantener la galaxia unida. La materia oscura es lo que marca la diferencia ".
Aunque el equipo no detectó materia oscura, las capacidades demostradas por el detector XENON100 son alentadoras. La alta sensibilidad que se muestra en los resultados experimentales podría liberar al equipo de investigación internacional de la necesidad de restringir el análisis a solo una parte de los datos capturados,Lang dijo.
"Imagine la búsqueda de una señal de materia oscura muy débil y elusiva dentro de muchos eventos de varias fuentes de fondo", dijo Lang. "Es como buscar una aguja en un pajar. Si bien la mayoría de los experimentos tienen una enorme pila de heno, nuestroel detector es tan nítido y el fondo es tan bajo que nuestro pajar es pequeño y podemos ver fácilmente cada pedazo de heno. No tenemos que elegir qué porción de los datos que evaluamos; podemos ver cada evento. Esto nos abre la puerta para encontrar evidencia de materia oscura en un lugar inesperado o en una forma que no consideramos, lo cual es bueno porque todavía nadie sabe qué es exactamente la materia oscura ".
Los científicos de un proyecto de materia oscura llamado Dark Matter Large Sodium Iodide Bulk para procesos raros, y denominado proyecto DAMA / LIBRA, afirmaron haber detectado materia oscura en 1998. El equipo observó una señal
que varía con las estaciones, como se espera para la materia oscura, ya que la órbita de la Tierra alrededor del sol cambia la velocidad a la que pasa a través de un halo de materia oscura que envuelve la Vía Láctea, dijo Lang. Sin embargo, otros equipos que buscan oscuridadla materia no observó la misma señal. El equipo de DAMA / LIBRA sugirió que otros grupos podrían estar ciegos a la señal porque la materia oscura estaba interactuando con los átomos del detector de manera inesperada. Se sugirió que la materia oscura podría ser lepofílica., lo que significa que prefiere interactuar con los electrones, dijo.
"Tradicionalmente, la firma de la 'pistola humeante' de la materia oscura se consideraba como una dispersión de partículas de materia oscura en los núcleos de los átomos del material detector", dijo Joachim Kopp, profesor de física teórica de partículas elementales en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainzquién no es parte de la colaboración XENON ". De hecho, esto es lo que predicen muchos modelos de materia oscura bien motivados, como la supersimetría. Sin embargo, en los últimos años, hemos comenzado a apreciar cada vez más el hecho de que la materia oscura podría comportarsede manera muy diferente en muchos sentidos "
Las anomalías experimentales como la controvertida señal de modulación anual observada en el proyecto DAMA / LIBRA no pueden explicarse por la dispersión de materia oscura tradicional en los núcleos atómicos, pero podrían acomodarse más fácilmente si la materia oscura se dispersa predominantemente con electrones o si la mayor parte de la energía liberada enLa dispersión de la materia oscura es en forma de fotones, dijo.
"Durante mucho tiempo, se consideró inviable probar un modelo de este tipo ya que la dispersión de partículas de materia oscura en los electrones o la emisión de fotones es mucho más difícil de distinguir de los fondos radiactivos", dijo Kopp. "Detectores de gases nobles líquidoscomo XENON100 ahora están estableciendo el nuevo estándar de oro en este esfuerzo "
El experimento XENON100 pudo examinar teorías que otros no pudieron debido al bajo nivel de eventos de fondo que logró, dijo Luke Goetzke, un investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia que fue un investigador principal del experimento XENON100 detallado en Cartas de revisión física.
"El material utilizado en el detector XENON100 y el material utilizado en el proyecto DAMA / LIBRA son muy similares en términos de sus configuraciones electrónicas, por lo que si la materia oscura interactúa con uno, interactuaría casi de la misma manera con el otro,"Dijo." Sin embargo, el detector XENON100 es tan increíblemente sensible que la señal sería mucho más clara. No lo vimos, y dado nuestro conocimiento y comprensión actuales de la física, porque no lo vimos, no hay manerapara explicar la misteriosa señal como materia oscura leptófila "
Si bien los datos de XENON100 no mostraron la misma señal que la observada por el proyecto DAMA / LIBRA, los datos mostraron una modulación anual diferente y débil, dijo.
"La modulación que observamos plantea algunas preguntas, y para mí eso es emocionante", dijo Goetzke. "Esto significa que estamos empujando los límites de nuestra comprensión y eso es lo que hace que la investigación física sea divertida. Estoy muy emocionado de ver la primeradatos del experimento XENON1T, que irán más allá de los resultados ya sorprendentes de XENON100 ".
El experimento es realizado por una colaboración internacional de 120 científicos de 22 instituciones de todo el mundo y está dirigido por Elena Aprile, profesora de astrofísica en la Universidad de Columbia.
Este otoño, el equipo desplegará un detector de próxima generación llamado XENON1T, que se espera que sea 100 veces más sensible que XENON100. El detector en sí será 20 veces más grande e incluirá una serie de mejoras tecnológicas, dijo.
"De los resultados de XENON100 sabemos mucho más sobre lo que no es la materia oscura, que es información muy valiosa en el campo de la física de partículas", dijo Aprile. "Hemos descartado modelos con las interacciones de materia oscura más fuertes esperadas,y con el detector XENON1T podremos probar aquellos con interacciones más débiles esperadas y capturar incluso el indicio más débil de una materia oscura. Los resultados de estos experimentos significan que si este es el lugar correcto para buscar la firma de la materia oscura,deberíamos poder verlo "
El objetivo de los experimentos XENON100 y XENON1T es capturar firmas de materia oscura que fluyen a través de la Tierra a medida que se mueve a través del espacio. Para proteger a los detectores de la radiación cósmica que podría crear eventos de fondo, se encuentran debajo de una montaña en el Gran SassoLaboratorio nacional en Italia, el laboratorio subterráneo más grande del mundo. Los detectores usan el gas noble xenón, mantenido líquido en un recipiente de acero inoxidable protegido y enterrado bajo una milla de roca. El detector está equipado con componentes electrónicos que pueden detectar incluso electrones y fotones individuales generadosen cualquier lugar dentro del xenón, dijo Lang.
El experimento XENON es una colaboración de 120 científicos, que representan 24 nacionalidades diferentes y 22 instituciones en todo el mundo. Además, alrededor de 60 estudiantes de posgrado están trabajando en la colaboración, dijo.
Las instituciones participantes incluyen: Universidad de Columbia; Universidad de Purdue; Instituto Politécnico Rensselaer; Universidad de Rice; Universidad de California, Los Ángeles; Universidad de California, San Diego; Universidad de Chicago; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Bolonia, Italia; Istituto Nazionale diFisica Nucleare, Laboratori Nazionale del Gran Sasso, l'Aquila, Italia; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Turín, Italia; Universidad de Bolonia, Italia; Universidad Johannes Gutenberg, Maguncia, Alemania; Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg, Alemania; Universidad de Münster, Alemania; Universidad de Berna, Suiza; Universidad de Zúrich, Suiza; Nikhef & GRAPPA / Universidad de Amsterdam, Países Bajos; Subatech, Nantes, Francia; Universidad de Estocolmo, Suecia; Instituto de Ciencias Weizmann, Rehovot, Israel;NYU Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos; y la Universidad de Coimbra, Portugal.
El experimento es apoyado por la National Science Foundation, el Departamento de Energía, la Swiss National Science Foundation, la Volkswagen Foundation, el Bundesministerium für Bildung und Forschung, Max Planck Gesellschaft, el Centro de Investigación de Fuerzas Elementales y Fundamentos Matemáticos, la Fundación para la Investigación Fundamental sobre la Materia, WeizmannInstituto de Ciencia, Red Inicial de Capacitación Invisibles, Fundacao para a Ciencia ea Tecnologia, Región de Países del Loira, Comisión de Ciencia y Tecnología del Municipio de Shanghai, Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Elizabeth K. Gardner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
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