El detector LUX-ZEPLIN ahora está operativo y listo para detectar partículas de interacción débil que se cree que son los constituyentes de la materia oscura.

Físicos de más de 35 instituciones en Portugal, Corea del Sur, el Reino Unido y los EE. UU. informaron los resultados de la primera ejecución del detector de materia oscura más sensible del mundo, LUX-ZEPLIN (LZ). La fase de prueba de la operación ha sido exitosa y los investigadores son optimistas sobre las perspectivas para la futura operación de la planta.

«Estamos listos y todo se ve bien», dijo en una entrevista Kevin Lesko, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), quien dirige el experimento LZ. «Es un detector complejo con muchas partes, todas las cuales funcionan bien y funcionan como se esperaba».

El detector LUX-ZEPLIN fue diseñado para detectar partículas masivas de interacción débil (WIMP), que se cree que son los constituyentes de la materia oscura. La existencia de esta unidad se infirió a partir de observaciones astronómicas que mostraron que las velocidades de rotación de las estrellas en la periferia de las galaxias son inusualmente grandes cuando las galaxias consisten exclusivamente en formas conocidas de materia.

Sin embargo, estas observaciones serían consistentes con la comprensión de la gravedad por parte de los físicos si, además de la materia que podemos ver, hubiera una sustancia no observable que fuera unas seis veces más abundante que la materia normal. Los científicos lo llaman materia oscura., y, a pesar de su prevalencia, hasta ahora todos los intentos de detectarlo utilizando laboratorios terrestres han resultado infructuosos. Esto significa que la materia oscura solo necesita interactuar muy débilmente con partículas conocidas, lo que limita nuestra capacidad para detectarla con los instrumentos actuales.

«Estoy muy complacido de que este complejo detector esté listo para abordar el problema de larga data de qué constituye la materia oscura», dijo Nathalie Palanque-Delabrouille, directora del departamento de Física de Berkeley Lab. «El equipo de LZ ahora tiene a mano el instrumento más ambicioso para esto».

El experimento se lleva a cabo en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford (SURF) en Dakota del Sur. Utiliza un detector altamente sensible que contiene una cantidad récord de xenón líquido, con una masa total de 10 toneladas, para capturar señales de la interacción de WIMP con núcleos atómicos.

Según los modelos teóricos de la materia oscura, estas interacciones deberían hacer que un átomo de xenón rebote alrededor del lugar de la colisión, convirtiendo su energía en fotones y electrones. Luego, los fotones pueden ser detectados por fotomultiplicadores en el detector, al igual que los electrones, que se desplazan hacia la parte superior del detector donde producen destellos de luz observables.

El experimento LUX-ZEPLIN inició operaciones a fines de diciembre de 2021 y recopiló datos durante 60 días. Aunque no se observó interacción de los WIMP con los núcleos, los investigadores dijeron que aún se beneficiaron de los datos recopilados, ya que pudieron establecer límites más estrictos en la intensidad de la interacción de los WIMP con la materia ordinaria.

El tiempo de operación fue lo suficientemente largo para confirmar que todos los aspectos del detector funcionaban bien y que el experimento logró la sensibilidad más alta hasta la fecha. La instalación LUX-ZEPLIN continúa su operación de prueba, los físicos quieren optimizar aún más el detector y mejorar el software para el análisis de datos. La esperanza es que se puedan encontrar WIMP durante la segunda ejecución del detector, que los científicos esperan que dure más de 1000 días.

«Planeamos recopilar unas 20 veces más datos en los próximos años, así que apenas estamos comenzando», concluyó Hugh Lippincott de la Universidad de California Santa Bárbara, portavoz de LUX-ZEPLIN. «Hay mucha ciencia por hacer y es muy emocionante».

Referencia: La colaboración LUX-ZEPLIN (LZ), primeros resultados de búsqueda de materia oscura del experimento LUX-ZEPLIN (LZ), arXiv:2207.03764

Crédito de la imagen principal: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility

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