La red social 𝕏 tiene muchos inconvenientes, pero también sus ventajas. Una de ellas es que te enteras en primicia de resultados científicos antes de que se publique el preprint en arXiv. La Colaboración LZ (LUX-ZEPLIN) publicó el 26 de agosto en @LZDarkMatter su nuevo límite de exclusión para partículas WIMP de materia oscura (como es obvio, aún en versión preliminar). Se presentó ese día en dos congresos científicos, TeVPA en Chicago [PDF] y LIDINE en São Paulo [PDF]; he esperado unos días a si se publicaba el preprint… Como es obvio, no se ha observado ninguna partícula WIMP. Pero el nuevo límite de exclusión LZ (2024) es espectacular, comparado con su competencia, PandaX-4T (2024) y con su resultado previo de 2022 (LCMF, 10 jul 2022). Hay que recordar que LZ seguirá tomando datos hasta 2028 y que para entonces ya se habrá adentrado en el fondo de neutrinos.
Se ha publicado tanto el nuevo resultado LZ (2024) como su combinación con el resultado LZ (2022). Esta figura ilustra el nuevo resultado combinado para partículas WIMP independientes del espín (que interaccionan por igual con protones y neutrones del núcleo de xenón). El nuevo resultado LZ (2024) se ha obtenido tras una exposición de 220 días en un volumen efectivo de 5.5 ± 0.2 toneladas de xenón (que equivale a 3.3 toneladas por año); el LZ (2022) se obtuvo tras una exposición de 60 días. Se han observado 7 sucesos anómalos (salt events), que han sido descartados, a pesar de superar los todos los cortes en los análisis. Todavía no se ha observado ningún suceso que tenga la firma esperada para una partícula de tipo WIMP en el rango de masas explorado (entre ∼ 10 GeV/c² y 10 TeV/c², con una sensibilidad máxima en ∼ 40 GeV/c²).
Los detectores de xenón para la búsqueda de la materia oscura, con énfasis en las partículas de tipo WIMP, ya tienen una larga historia desde finales de los 1980. Los límites de exclusión han ido reduciendo la sección eficaz desde unos 10⁻⁴⁰ cm² iniciales hasta los 10⁻⁴⁷ cm² actuales, para una masa típica de 60 GeV/c², a un ritmo de un factor de 10 cada 3.3 años (un factor de 1000 cada 10 años). El sueño de encontrar una partícula de materia oscura en la escala de energía de la interacción débil, por encima del fondo de neutrinos, está llegando a su fin. Pero habrá que seguir explorando más allá, en la región en la que los detectores de xenón se transformen en detectores de neutrinos. Nada impedirá seguir buscando partículas de materia oscura en dicha región, pero habrá que buscarlas como excesos sobre un fondo de neutrinos. Sabemos hacerlo, así que la búsqueda podrá continuar durante muchas más décadas.
El funcionamiento de los detectores de xenón-líquido (que usan xenón-124) se explica en esta imagen. La interacción (colisión) de una partícula de materia oscura con un núcleo de xenón produce el retroceso del núcleo, que viene acompañado de una señal de centelleo (S1). Además, el xenón se ioniza, perdiendo electrones que ascienden por el líquido hasta la superficie; allí entran en contacto con xenón gaseoso (evaporado) produciendo una segunda señal de retroceso (S2). Ambas señales se detectan mediante fotomultiplicadores colocados en la parte superior del tanque. Para que haya una detección se requiere la observación de ambas señales de forma sucesiva y superando cierto umbral de energía. Los detectores de xenón líquido tienen una larga historia y se conoce muy bien su funcionamiento (cómo hay que calibrarlos, cómo hay que identificar señales espurias, etc.).
Si quieres consultar las transparencias (slides) de las dos presentaciones con el nuevo resultado las puedes disfrutar en Amy Cottle, «Status of the LUX-ZEPLIN Dark Matter Experiment,» LIDINE 2024: LIght Detection In Noble Elements, 26–28 Aug 2024, Sao_Paulo (26 Aug 2024) [indico; PDF], y Scott Haselschwardt, «Status of the LUX-ZEPLIN Dark Matter Experiment», Chicago 2024. TeV Particle Astrophysics 2024, 26–30 Aug 2024, Chicago (26 Aug 2024) [indico; PDF]. Si prefieres leer un artículo, como aún no se ha publicado el de LZ, te recomiendo el de PandaX Collaboration, «Dark Matter Search Results from 1.54 Tonne⋅Year Exposure of PandaX-4T,» arXiv:2408.00664 [hep-ex] (01 Aug 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.00664.
Parece que la búsqueda de materia exótica para explicar la supuesta «materia oscura» sigue fallando sistemáticamente.
Quizá haya que reajustar algún otro parámetro.
La medición de las masas de las galaxias por diferentes metodos coinciden?
Saludos.
No sabía nada de cómo se intentaba encontrar materia oscura.
¿Partículas WIMP ?
Desde tu exposición del espín en Naukas , no hemos dejado de intentar entender ese “ vector”
Muchas gracias 🙏
Carlos, WIMP significa Weakly Interacting Massive Particles, es decir, partículas con masa que interaccionan en una escala de energía similar a la escala de energía de la interacción débil (su interacción era similar a la de los bosones W y Z en los ~2000, luego pasó a ser similar a la del bosón de Higgs en los ~2010, y ahora se están explorando más allá en los ~2020). En general, los detectores directos de materia oscura no solo explorar partículas WIMP sino cualquier otra partícula que pueda interaccionar con núcleos de xenón, en el rango de masa explorado.
Si la materia oscura no interacciona prácticamente nada con la materia ordinaria mediante interacciones débiles y es atraída por los campos gravitatorios como los átomos ( he visto en Nature que caen con la misma aceleración que los objetos macroscópicos, por lo que para ellas existen los conceptos como velocidad de escape).
¿ Como obtienen y se reparten la energía cinética? ¿ Porqué no colapsan o se alejan indefinidamente ?
Oleg, la relación entre la presión y la densidad de la materia es positiva, por ello ocurren la partición estadística de la energía y el colapso gravitacional de la materia, que tienen su origen en las interacciones de la materia con la materia. Según todas las observaciones astrofísicas y cosmológicas, la presión de la materia oscura es cero (nula), si existen, son tan pequeñas las interacciones entre la materia oscura y la materia oscura que no ha sido posible detectarlas. Por ello, la materia colapsa dando lugar a estrellas y galaxias, mientras la materia oscura no colapsa dando lugar a los halos galácticos y los filamentos de la web cósmica.
Pero mi duda sigue..
La materia oscura interacciona gravitatoriamente con la materia común y por eso se descubrió y dicen que mantiene la estructura de las galaxias.
¿ Por qué no colapsa por acción de la materia ordinaria?Si tiene suficiente energía cinética ¿ por qué no escapa en miles de millones de años?.
En la materia ordinaria el colapso gravitacional está parado por fuerzas como la presión del resto de materia, la presión de radiación, etc… ¿ qué impide de la materia oscura colapse gravitatoriamente?
Gracias por tus respuestas.
Saludos.