LUX publica su nuevo límite de exclusión para la materia oscura

Dibujo20160721 lux dark matter 2016 new exclusion limit

El experimento LUX (Large Underground Xenon) para la búsqueda directa de la materia oscura ha publicado hoy su último límite de exclusión. Tras 332 días de toma de datos no se ha encontrado ninguna partícula. El nuevo límite mejora en un factor de 4 los resultado previos de LUX y logra excluir una sección eficaz de interacción con un nucleón de 2,2 × x 10−46 cm2 para una partícula WIMP con una masa de 50 GeV. Todo un récord a día de hoy.

LUX está considerado el experimento de búsqueda de materia más sensible. Como ya pasó con los datos de LUX 2014, que fueron reanalizados en LUX 2015, estos nuevos datos LUX 2016 también serán reanalizados en el futuro. Aún así, LUX ya ha finalizado su toma de datos para dar paso al futuro LUX-ZEPLIN (LZ) que tomará datos en 2020 y será unas 70 veces más sensible. El resultado se ha presentado en la conferencia IDM2016 (Identification of Dark Matter, Univ. Sheffield, UK, 18–22 Jul 2016), en concreto en la charla de Aaron Manalaysay (for the LUX Collaboration), “Dark-matter results from 332 new live days of LUX data,” IDM 2016, 21 Jul 2016 [PDF slides].

Más información en Dan Krotz, “World’s Most Sensitive Dark Matter Detector Completes Search,” News, Berkeley Lab, 21 Jul 2016.

Dibujo20160830 lux wimp exclusion limit dark matter

[PS 30 Ago 2016] Hoy se ha publicado en arXiv el artículo LUX collaboratión, “Results from a search for dark matter in LUX with 332 live days of exposure,” arXiv:1608.07648 [astro-ph.CO].

Dibujo20160721 lux dark matter detector photos

LUX está situado en un laboratorio subterráneo a 1,5 km bajo la superficie terrestre en una antigua mina de oro de Dakota del Sur (EEUU). Utiliza xenón líquido en un proceso con dos fases. En concreto, un cilindro de 48 cm de diámetro y 48 cm de altura con 250,9 kg de xenón líquido en la región de detección. En la parte superior del cilindro hay 61 fotomultiplicadores y en la base otros 61 fotomultiplicadores.

Dibujo20160721 wimp nucleon interaction events after salt removal in lux dark matter detector

Cuando una partícula WIMP interacciona con un nucleón de un núcleo de xenón provoca su retroceso. Este proceso mueve la nube de electrones de dicho átomo provocando una emisión de luz de centelleo (señal S1) que se observa con los fotomultiplicadores. También se expulsan algunos electrones que son dirigidos por un campo eléctrico externo hacia la parte superior del cilindro donde se encuentra el xenón gaseoso. Los electrones interaccionan allí emitiendo más luz de centelleo (señal S2) que también observan los fotomultiplicadores. La doble señal permite la localización tridimensional del vértice de colisión y su coincidencia mejora la sensibilidad del detector (la relación señal/ruido).

Dibujo20160721 events after salt removal in lux dark matter detector

Se han observado tres sucesos S1+S2 sospechosos (A, B y C). Pero una análisis estadístico detallado los ha clasificado como falsos positivos y los ha descartado. Por tanto, no se ha detectado ningún candidato a interacción entre una WIMP y un nucleón.

En resumen, como muchos nos temíamos, LUX no ha observado ninguna partícula WIMP. La búsqueda continua. Pero no debemos olvidar que hay muchos otros experimentos que poco a poco están poniendo cerco a las WIMP. La ciencia nunca ha sido fácil y la búsqueda de la partícula responsable de la materia oscura no parece que vaya a ser la excepción.

3 comentarios

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planck planck

Muchos físicos empiezan ya a dudar que la materia oscura esté hecha de WIMPs. ¿Que demonios puede constituir el 22% de la masa-energía del Universo? Realmente solo conocemos la composición del 4% de la masa-energía del Universo, esto es un enorme agujero en nuestro conocimiento y un indicador importante de lo mucho que nos queda aún por comprender.
Existen 15 órdenes de magnitud por debajo de la distancia mínima explorada hasta la distancia de Planck y otros 15 órdenes de magnitud por encima de la máxima energía explorada hasta la energía de Planck. Futuros avances experimentales podrían conseguir una mejora de 3 o 4 órdenes de magnitud como mucho pero está claro que nuestra capacidad de exploración no puede ir mucho más allá. Por otro lado, decir que no hay nada nuevo en 30 órdenes de magnitud (15 por arriba y 15 por abajo) es como pensar que no existe nada nuevo en una escala de distancia equivalente a la que existe desde el tamaño de un piojo hasta el borde del Universo visible. A todas luces parece algo ridículo. El problema es, evidentemente, que nuestra capacidad de comprobación experimental tiene un límite y estamos llegando ya a ese límite. Nuestras mejores teorías sobre como funciona el Universo predicen un gran número de nuevos y sorprendentes fenómenos: monopolos magnéticos, axiones, partículas SUSY, nuevas dimensiones, partículas derivadas de teorías GUT, cuerdas, branas, múltiples Universos inflacionarios etc, etc. ¿Permanecerán estas entidades en el limbo de lo posible pero indemostrable para siempre? ¿Podremos inferir su existencia a través de una mezcla de pruebas indirectas, parciales y teóricas? ¿Podremos diseñar ingeniosos experimentos que nos permitan su detección indirecta? ¿Cual es el límite del conocimiento humano? ¿Detendrá la falta de datos experimentales el avance de la Física fundamental? De momento la falta de avances experimentales puede acabar con la época de los grandes aceleradores, si el LHC no ve nada nuevo como probablemente suceda, dudo mucho que se invierta más dinero en construir aceleradores más grandes. Veremos que sucede, hemos llegado demasiado lejos para tener que pararnos aquí…

Pepe Pepe

Planck, discúlpame, pero hay algo que no entiendo en tu comentario: no son 15+15 = 30 órdenes de magnitud, realmente son los mismos 15 órdenes pues la energía y la distancia son inversamente proporcionales, no?

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