Publicado 05/05/2020 11:25:18 +02:00CET

Nuevas señales para detectar materia oscura en datos existentes

Nuevas señales para detectar materia oscura en datos existentes
Nuevas señales para detectar materia oscura en datos existentes - Milennium-II Simulation

MADRID, 5 May. (EUROPA PRESS) -

Científicos del Berkeley Lab sugieren que los detectores de los experimentos actuales para encontrar la esquiva materia oscura pueden reenfocarse para buscar los nuevos tipos sugeridos de señales de la misma, que pueden haber sido pasados por alto.

La materia oscura hasta ahora ha desafiado todo tipo de detector diseñado para encontrarlo. Debido a su enorme huella gravitacional en el espacio, sabemos que la materia oscura debe representar alrededor del 85 por ciento de la masa total del universo, pero aún no sabemos de qué está hecha.

Varios grandes experimentos de materia oscura han buscado signos de partículas de materia oscura que golpeen núcleos atómicos a través de un proceso conocido como dispersión, que puede producir pequeños destellos de luz y otras señales en estas interacciones.

Ahora, un nuevo estudio, dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y UC Berkeley, sugiere nuevos caminos para captar las señales de partículas de materia oscura que absorben su energía de estos núcleos.

El proceso de absorción podría dar una patada al átomo afectado que hace que expulse una partícula energizada más ligera, como un electrón, y también puede producir otros tipos de señales, dependiendo de la naturaleza de la partícula de materia oscura.

El estudio se centra principalmente en aquellos casos en los que se expulsa un electrón o neutrino cuando la partícula de materia oscura golpea el núcleo de un átomo.

Publicado el 4 de mayo en Physical Review Letters, el estudio propone que algunos experimentos existentes, incluidos los que buscan partículas de materia oscura y procesos relacionados con neutrinos, partículas fantasmales y detectables que pueden atravesar la mayor parte de la materia y tienen la capacidad de cambiar a diferentes formas. se puede ampliar fácilmente para buscar también estos tipos relacionados con la absorción de señales reveladoras de materia oscura.

Además, los investigadores proponen que las nuevas búsquedas en los datos del detector de partículas recopilados previamente posiblemente podrían generar estas señales de materia oscura que se pasan por alto.

"En este campo, hemos tenido una cierta idea en mente sobre candidatos bien motivados para la materia oscura, como el WIMP", o partículas masivas que interactúan débilmente, dijo en un comunicado Jeff Dror, autor principal del estudio, investigador postdoctoral. en el Grupo de Teoría de Berkeley Lab y el Centro Berkeley de Física Teórica de UC Berkeley.

La materia oscura empuja los límites de las leyes fundamentales conocidas de la física, encapsuladas en el Modelo estándar de física de partículas, y "El paradigma WIMP es muy fácil de incorporar al Modelo estándar, pero no lo hemos encontrado en mucho tiempo, precisa Dror .

Por lo tanto, los físicos ahora están considerando otros lugares donde las partículas de materia oscura pueden estar escondidas, y otras posibilidades de partículas como los "neutrinos estériles" teorizados que también podrían incorporarse a la familia de partículas conocidas como fermiones, que incluye electrones, protones y neutrinos.

"Es fácil, con pequeñas modificaciones al paradigma WIMP, acomodar un tipo de señal completamente diferente", dijo Dror. "Puede progresar enormemente con muy poco costo si retrocede un poco en la forma en que hemos estado pensando en la materia oscura".

Los investigadores señalan que el rango de nuevas señales en las que se están enfocando abre un "océano" de posibilidades de partículas de materia oscura: es decir, fermiones aún no descubiertos con masas más ligeras que el rango típico considerado para WIMP. Podrían ser primos cercanos de neutrinos estériles, por ejemplo.

El equipo del estudio consideró los procesos de absorción conocidos como "corriente neutra", en los que los núcleos en el material del detector retroceden o son sacudidos por su colisión con partículas de materia oscura, produciendo firmas de energía distintas que el detector puede recoger; y también aquellos conocidos como "corriente cargada", que puede producir múltiples señales cuando una partícula de materia oscura golpea un núcleo, causando un retroceso y la expulsión de un electrón.

El proceso de corriente de carga también puede involucrar la desintegración nuclear, en la cual otras partículas son expulsadas de un núcleo como una especie de efecto dominó desencadenado por la absorción de materia oscura.

Buscar las firmas sugeridas por el estudio de los procesos de corriente neutral y corriente de carga podría abrir "órdenes de magnitud de espacio de parámetros inexplorado", señalan los investigadores. Se centran en las señales de energía en el MeV, lo que significa millones de electronvoltios. Un electrón voltio es una medida de energía que los físicos usan para describir las masas de partículas. Mientras tanto, las búsquedas típicas de WIMP ahora son sensibles a las interacciones de partículas con energías en el rango keV, o miles de electronvoltios.

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