XENONnT descarta el exceso observado por XENON1T entre 1 y 7 keV

Por Francisco R. Villatoro, el 23 julio, 2022. Categoría(s): Ciencia • Física • Materia oscura • Noticia CPAN • Noticias • Science ✎ 2

Más de 350 artículos teóricos trataron de explicar el exceso picado en 2.3 keV reportado por el detector de materia oscura XENON1T en junio de 2020. Ya dije en este blog que «en mi opinión, no hay duda posible, todo apunta a la contaminación por tritio» (LCMF, 17 jun 2020). Se confirma que era la causa (muchos dirán ahora que no podía ser de otra forma). XENONnT descarta a 8.6 sigmas el exceso de XENON1T a 3.5 sigmas (aunque mirando los datos al revés solo se descarta a 4 sigmas). Para lograrlo se ha sometido al xenón gaseoso a dos meses de desgasificación y purificación usando circonio para la captura de tritio. La que podría ser una mala noticia para los físicos teóricos es una gran noticia para los físicos experimentales. XENONnT tienen un fondo × 0.2 el de XENON1T por debajo de 30 keV. Mas aún, por debajo de 140 keV dicho fondo está dominado por procesos débiles de segundo orden; uno de los mejores fondos entre todos los detectores de materia oscura. Por ello, habrá que estar muy atento a los primeros resultados científicos de este detector.

El experimento XENONnT se encuentra en el Laboratorio Nacional de Gran Sasso, Italia, usando unos 6000 kg de xenón líquido ulltrapuro como detector directo de partículas de materia oscura. XENONnT inició su primera toma de datos el 6 de julio de 2021; en este artículo se analizan los datos acumulados hasta el 10 de noviembre de 2021, que corresponden a 97.1 días. Uno de los objetivos de esta primera campaña de observación era confirmar (o refutar) el exceso a baja energía (observado gracias a la energía de retroceso de electrones) en el detector  XENON1T. En su momento se propuso que podría debido a contaminación por tritio, al efecto de axiones solares, a un potencial momento magnético anómalo de los neutrinos y a muchos hipotéticas partículas candidatas a materia oscura. Con un fondo (background) cinco veces menor, XENONnT no observa la señal (que si existiera tendría que brillar con unas cinco sigmas). Por supuesto, no hay que tirar los trabajos teóricos a la basura. El nuevo resultado pone nuevos límites a los parámetros de todas las propuestas ya publicadas. Así todos quedan contentos.

El artículo, que aparecerá en arXiv el próximo lunes, es XENON Collaboration, «Search for New Physics in Electronic Recoil Data from XENONnT,» Xenon Web, 22 Jul 2022 [PDF]; la noticia se ha anunciado en la 14th International Conference on Identification of Dark Matter (IDM), 18-22 Jul 2022, Vienna, Austria, en la charla de Knut Dundas Morå, «XENONnT first results on Electronic Recoil events,» IDM 2022 (22 Jul 2022) [slides]. También se ha anunciado en el blog de este detector, Rafael Lang, «First results from a Search for New Physics in Electronic Recoils from XENONnT,» The XENON experiment, Enlightening the Dark, 22 Jul 2022.

[PS 28 jul 2022] El artículo ya apareció en arXiv, XENON Collaboration, «Search for New Physics in Electronic Recoil Data from XENONnT,» arXiv:2207.11330 [hep-ex] (22 Jul 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2207.11330. [/PS]

Esta es la más relevante del nuevo artículo (la refutación del exceso se comenta pero no se ilustra con una figura), que describe cómo se ha estimado este fondo de sucesos; algo cuyo interés se limita a los expertos en este tipo de experimentos. En esta figura destacan dos picos que corresponden a procesos débiles de segundo orden, en concreto, la desintegración 2νββ del ¹³⁶Xe y la desintegración 2νECEC del ¹²⁴Xe (el mejor ajuste a la vida media de este proceso es (1.15 ± 0.13(stat) ± 0.14(sys)) × 10²² años). No sé qué más contarte, sin entrar en detalles técnicos irrelevantes. Recurro a lo más obvio, el detector es un cilindro de 1.33 m de diámetro y 1.49 m de altura que contiene 5.9 toneladas de xenón líquido (LXe); en la tapadera (fondo) se encuentran 253 (241) fotomultiplicadores en una distribución hexagonal. En este primer análisis la masa fiducial ha sido de (4.37 ± 0.14) toneladas, lo que implica una exposición de 1.16 toneladas al año. Para más detalles técnicos recomiendo consultar el artículo.



2 Comentarios

  1. Me imagino lo difícil es explicar con «lenguaje ciudadano» este o muchos otros temas de investigación científica de vanguardia; reconozco tu esfuerzo.

    Sugerencias:
    1. Una explicación sencilla del experimento, como un diagrama simplificado, podría ayudar al lector (incluido yo mismo) a entender un poco más.
    2. Con el diagrama, se pueden identificar las variables independientes (supongo que alguna característica de la materia oscura) y la dependiente (la respuesta del detector de Xe?).

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