El detector de materia oscura XENONnT observa indicios de neutrinos solares a 2.73 sigmas

Por Francisco R. Villatoro, el 10 julio, 2024. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Science ✎ 2

El mayor problema de la búsqueda directa de materia oscura es que los detectores de última generación, como XENONnT, acabarán siendo detectores de neutrinos. Todos se enfrentarán a las falsas alarmas debidas al fondo de neutrinos, la llamada «niebla de neutrinos» (neutrino fog). Hoy se ha anunciado que XENONnT ha observado el fondo de neutrinos solares ⁸B con 2.73 sigmas de confianza; la primera vez en la historia que se detectan neutrinos solares usando xenón, en concreto, 37 sucesos sobre un fondo de 26, luego se estima que han sido unos 11 neutrinos. Se han usado las observaciones SR0 (año 2021) y SR1 (2022) que totalizan una exposición de casi 350 días (3.51 toneladas-año). Todavía no podemos afirmar que se haya descubierto dicho fondo de neutrinos (para obtener 5 sigmas habrá que esperar unos años). Lo relevante es que para seguir buscando la materia oscura más allá del fondo de neutrinos hay que diferenciar entre neutrinos y partículas de materia oscura. No será fácil y se necesitará mucha creatividad, pero habrá que hacerlo para seguir buscando señales del candidato más firme a la materia oscura, las partículas WIMP (o el milagro WIMP se desvanecerá como un sueño).

En lugar de detectar la colisión elástica de una partícula de materia oscura con un núcleo de xenón, se ha observado la interacción elástica entre un neutrino solar y un núcleo de xenón mediada por un bosón Z (corriente neutra de la interacción débil). El flujo de neutrinos solares estimado por XENONnT es de [1.72, 10.6] × 10⁶ cm⁻² s⁻¹ al 90 % C.L. Todavía no se ha publicado el artículo científico con este resultado, que se ha anunciado en el 15th International Workshop on the Identification of Dark Matter, L’Aquila (Italy), July 8–12, 2024. La charla ha sido impartida por Fei Gao (Univ. Tsinghua) en nombre de la Colaboración XENON, «First Measurement of Coherent Elastic Neutrino Nucleus Scattering of Solar 8B Neutrinos in XENONnT,» 10 Jul 2024 [Indico Web, PDF Slides]. También recomiendo la charla de Marco Selvi (INFN Bologna), «The XENONnT Neutron Veto: performance without & with Gd-doping,» 8 Jul 2024 [Indico Web, PDF Slides]. Por cierto, la colaboración XENON está formada por más de 200 científicos en 29 instituciones de 12 países.

El detector XENONnT se encuentra en el Laboratorio Subterráneo de Gran Sasso (Italia). Un tanque (TPC) con 8.5 toneladas de xenón líquido, de las que 5.9 toneladas se usan como volumen de observación efectivo mediante 494 fotomultiplicadores. Se instaló en 2020 y sus primeros resultados se publicaron a finales de 2022 (LCMF, 25 oct 2022). La detección se basa en una doble señal en los fotomultiplicadores: cuando un neutrino (o una partícula de materia oscura) interacciona con el núcleo de un átomo de xenón se producen dos señales, una señal de centelleo inmediata o primaria (S1) y una señal de ionización retardada o secundaria (S2). La señal S1 se detecta tras la interacción, al generarse fotones que se observan en los fotomultiplicadores (PMTs) en la parte superior e inferior del TPC. La señal S2 es debida a los electrones liberados en la interacción, que se mueven hacia la parte superior del TPC, donde impactan con xenón evaporado en fase gaseosa, produciendo nuevos fotones por electroluminiscencia, que también son detectados por los mismos PMTs, pero con cierto retraso. Gracias al retraso en la doble detección se puede localizar el lugar tridimensional de la interacción (reconstrucción 3D del suceso). Las características de las señales S1 y S2 permiten diferenciar entre sucesos de fondo y potenciales señales de partículas de materia oscura (o de neutrinos solares).



2 Comentarios

  1. Los neutrinos son fascinantes. Parece que el nombre «neutrino» se le dio porque el nombre neutron ya estaba cogido y fue alguien de los «chicos de Via Panisperna», al lado de la colina del Viminal en Roma a darselo. Pontecorvo? Segré? Amaldi? Majorana? No se sabe, dicen que fue el mismo Enrico Fermi, aunque (personalmente) lo dudo. Ahora bien, ese «neutrino fog» se ha observado, pero el gran objetivo es el supuesto fondo cosmico de neutrino, que se supone que es incluso anterior al universo transparente. Entre el fondo cosmico de neutrinos y quizas el de ondas gravitacionales, quizas podremos sabes algo mas sobre los primeros instantes del Big Bang! Que gana de estar ya en el futuro cuando se podran observar estos debilisimos «mensajeros cosmicos» 🙂

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