El drama del reclamo de materia oscura más controvertido del mundo puede haber llegado a su último acto, si no a su escena final. Durante dos décadas, los físicos con un experimento llamado DAMA han afirmado que las partículas de materia oscura, la materia invisible cuya gravedad parece unir nuestra galaxia, chocan con núcleos atómicos en su detector de partículas subterráneas, incluso cuando otras búsquedas de materia oscura quedan vacías. Ahora, los físicos con un detector llamado COSINE-100, diseñado para imitar a DAMA, presentan la refutación más directa hasta ahora de los hallazgos. Y en 2020, los teóricos identificaron una forma en la que la señal DAMA podría haber surgido inadvertidamente en el análisis del equipo.
El equipo de DAMA rechaza ambas afirmaciones. Rita Bernabei, física de la Universidad de Roma Tor Vergata y líder de DAMA, se negó a ser entrevistada. Pero descartó la nueva explicación en un correo electrónico: "Ya hemos demostrado que las suposiciones allí reportadas son insostenibles y las conclusiones no valen nada".
Se cree que la Vía Láctea gira dentro de una vasta nube de materia oscura, que podría consistir en hipotéticas partículas masivas de interacción débil (WIMP) . A medida que el Sistema Solar orbita el centro galáctico a 225 kilómetros por segundo, la Tierra presumiblemente choca con un viento de WIMP. Debido a que nuestro planeta también orbita alrededor del Sol a 30 kilómetros por segundo, el viento debería fortalecerse levemente cuando la Tierra se mueve en la misma dirección que el Sol, en junio, y disminuir cuando se mueve en la dirección opuesta, en diciembre.
Los físicos de DAMA han afirmado durante mucho tiempo ver este ciclo anual en su detector, que ahora contiene 25 cristales de 10 kilogramos de yoduro de sodio dopado con talio. Cada cristal produce un destello de luz cuando una partícula golpea un núcleo. El equipo de DAMA dice que, en un rango de baja energía que corresponde a los WIMP, el número de colisiones ha aumentado y disminuido cada año desde que comenzaron las observaciones en 1995.
Otros detectores no ven tal cosa. Pero esos experimentos utilizan diferentes materiales objetivo. Entonces, los grupos han construido detectores de yoduro de sodio que pueden probar el resultado de DAMA en una comparación de manzanas con manzanas. Uno es COSINE, que comprende ocho cristales por un total de 100 kilogramos y ha estado tomando datos desde 2016 en el laboratorio subterráneo Yangyang de Corea del Sur. Desde 2018, COSINE ha mejorado su sensibilidad 100 veces, dice Hyun Su Lee, co-portavoz del equipo y físico de partículas en el Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur. Pero en 1.7 años de datos, no ven signos de WIMP , informan los investigadores hoy en Science Advances .
Hay una salvedad. El nuevo análisis COSINE no busca el ciclo anual en la tasa de eventos, sino simplemente un número excesivo de eventos de baja energía. Esa pequeña señal aparecería sobre un fondo mucho mayor de eventos causados por la radiación de partículas ordinarias de fuentes tanto dentro como fuera de los cristales. Entonces, el análisis depende de la capacidad de los investigadores para modelar los detalles sutiles de esos antecedentes, señala Bernabei.
Sin embargo, COSINE no es el único experimento que prueba el resultado de DAMA. El detector ANAIS-112 contiene nueve cristales de yoduro de sodio con una masa total de 112 kilogramos y ha estado tomando datos en el laboratorio subterráneo de Canfranc de España desde 2017. Tres años de datos no muestran un ciclo anual en eventos de baja energía, informaron investigadores de ANAIS el 27 de mayo. en Physical Review D . Sin embargo, las incertidumbres eran un poco demasiado altas para descartar la señal DAMA, dice María Luisa Sarsa, física de la Universidad de Zaragoza y colíder de ANAIS.
Si la señal DAMA no es real, "el campo de la física de partículas se debe a sí mismo para descubrir lo que está viendo DAMA", dice Reina Maruyama, física de partículas nucleares de la Universidad de Yale y co-portavoz de COSINE. Y el año pasado, Dario Buttazzo, teórico de la sección de Pisa del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, y sus colegas identificaron una forma en la que el equipo de DAMA podría haber creado inadvertidamente el ciclo anual.
Los investigadores de DAMA recopilan datos en carreras de un año. Para resaltar la variación en cada ejecución, restan la tasa promedio durante el año de la tasa de eventos medida cada día. Pero si la tasa de eventos aumenta o cae constantemente año tras año, la resta puede convertir una tendencia constante en una oscilación, dice Buttazzo. Por ejemplo, si la tasa aumentara un 1% cada año, el método de DAMA produciría una señal que comienza cada ejecución en –0,5% y finaliza cada ejecución en + 0,5%.
"Si haces el análisis como lo estaba haciendo DAMA, y si el fondo tiene una característica particular, entonces podrías tener ese efecto", dice Buttazzo, cuyo grupo informó su análisis en el Journal of High Energy Physics el 21 de abril de 2020. Pero advierte que debido a que DAMA no ha publicado sus datos, "no podemos saber si este efecto está realmente ahí o no".
Aún así, los documentos de COSINE y ANAIS sugieren que el tema podría ser importante. La tasa total de eventos del detector ANAIS está disminuyendo constantemente a medida que los núcleos radiactivos de corta duración de los cristales se desintegran, dice María Lucía Martínez Pérez, física de la Universidad de Zaragoza y colíder del equipo. COSINE ve una disminución constante similar, dice Lee.
El cierre podría llegar pronto. En semanas, COSINE lanzará un análisis de ciclo anual de 3 años, dice Lee. Sarsa de ANAIS dice que para el próximo verano, "Esperamos tener una publicación de alto impacto con la tasa promedio medida durante el año con los 5 años de datos". Eso puede ser suficiente información, dice, para bajar el telón de la afirmación de DAMA.
doi: 10.1126 / science.acx9619
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