El detector de materia oscura XMASS-I no observa la modulación anual DAMA/LIBRA

Dibujo20151129 observation dark matter xmass annual modulation arxiv org

La modulación anual de la señal observada por el detector de materia oscura DAMA/LIBRA ha sido polémica. Otros detectores no la observan, como XMASS-I. El análisis de los datos recogidos durante 359 días, entre noviembre de 2013 y marzo de 2015, descarta la modulación anual al 90% CL.

Más aún, XMASS-I, asumiendo que una partícula WIMP es la responsable de la modulación DAMA/LIBRA, excluye la región de masas compatible con dicha modulación; es decir, una partícula WIMP de 8 GeV/c2 con una sección eficaz de interacción con la materia (bariónica) superior a 4,3 × 10−41 cm2. Otro duro varapalo para la materia oscura como interpretación de la modulación anual DAMA/LIBRA.

El artículo es XMASS Collaboration, “Direct dark matter search by annual modulation in XMASS-I,” arXiv:1511.04807 [astro-ph.CO]; Masaki Yamashita (for the XMASS collaboration), “Direct Dark Matter Search with XMASS-I,” arXiv:1511.07597 [astro-ph.CO].

Dibujo20151129 xmass-i exclusion limits spin-independent wimp particle dark matter arxiv org

El detector directo de materia oscura XMASS-I, situado en el Observatorio de Kamioka, Japón, usa 832 kg de xenón en fase líquida. Una interacción elástica (independiente del espín) entre una partícula WIMP y un núcleo atómico del xenón provoca su retroceso y la producción de electrones que emiten luz de centelleo, una señal que se observa gracias a 642 fotomultiplicadores. XMASS-I es el primer paso hacia el futuro detector XMASS, que usará 5 toneladas de xenón. Por ahora se limita a la búsqueda de axiones y al estudio de la modulación anual inducida por el paso del sistema solar a través del halo de materia oscura de nuestra galaxia.

La modulación anual DAMA/LIBRA ha sido observada durante 14 ciclos anuales alcanzando 9 σ (has leído bien, nueve sigmas de confianza estadística). Se ha usado un detector de materia oscura basado en cristales de NaI(Tl) con una masa equivalente a 1,33 toneladas al año. Conforme la Tierra rota alrededor del Sol debe producir una modulación en la señal asociada a la materia oscura. Pero otros detectores basados en gases nobles, como XENON100 y ahora XMASS-I, no han observado esta modulación.

Dibujo20151129 xmass-i modulation signal recoil energy arxiv org

Nadie duda de la existencia de la modulación DAMA/LIBRA. El problema es su interpretación como señal de la materia oscura. ¿Podemos descartar de manera definitiva la materia oscura como origen de la modulación DAMA/LIBRA? No del todo, pues hay modelos teóricos de materia oscura exótica que serían capaces de explicar dicha señal sin ofrecer mostrar ninguna modulación en los detectores basados en xenón, como XENON100 y XMASS-I. De hecho, una fluctuación estadística explica la señal observada por XMASS-I a 2 σ (dos sigmas), como muestra esta figura.

La modulación DAMA/LIBRA seguirá dando mucho que hablar hasta que no sea confirmada (o refutada) por otro detector basado en NaI(Tl) como ANAIS (Canfranc, España) o el futuro SABRE (aún no tiene localización). Quizás la materia oscura no está formada por una sola partícula, sino por varias partículas que interaccionan con la materia bariónica de manera diferente.


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