Física

Nuevo experimento investiga el misterio de la materia oscura

Un nuevo experimento internacional desafía las afirmaciones anteriores sobre la detección de materia oscura no luminosa

Conjunto de detectores de yoduro de sodio de COSINE-100 dentro de un tanque acrílico revestido con lámina reflectante. El tanque se llenó posteriormente con un centelleador líquido para marcar muones de rayos cósmicos. Crédito: Chang Hyon Ha.

Los científicos de Yale forman parte de un nuevo experimento internacional que desafía las afirmaciones anteriores sobre la detección de materia oscura no luminosa. La evidencia astrofísica sugiere que el universo contiene una gran cantidad de materia oscura no luminosa, pero no se ha observado ninguna señal definitiva de ella a pesar de los esfuerzos concertados de muchos grupos experimentales. Una excepción a esto es el reclamo largamente debatido por la colaboración de DArk MAtter (DAMA), que ha reportado observaciones positivas de materia oscura en su matriz de detectores de yoduro de sodio. El nuevo experimento COSINE-100, basado en un detector subterráneo de materia oscura en el Laboratorio Subterráneo Yangyang en Corea del Sur, ha comenzado a explorar el reclamo del DAMA. Es el primer experimento lo suficientemente sensible como para probar DAMA y usar el mismo material objetivo del yoduro de sodio.

COSINE-100 ha estado registrando datos desde 2016 y ahora tiene resultados iniciales que desafían los hallazgos de DAMA. Esos hallazgos se publican en línea esta semana en la revista Nature. «Por primera vez en 20 años, tenemos la oportunidad de resolver el problema del DAMA», dijo el profesor de física de Yale, Reina Maruyama, quien es co-portavoz de COSINE-100 y coautor del nuevo estudio.

La primera fase de COSINE-100

el trabajo busca la materia oscura buscando un exceso de señal sobre el fondo esperado en el detector, con la energía y las características adecuadas. En este estudio inicial, los investigadores no encontraron un exceso de señal en sus datos, lo que puso la señal de modulación anual de DAMA en desacuerdo con los resultados de otros experimentos. Los científicos de COSINE-100 señalaron que se necesitarán varios años de datos para confirmar o refutar completamente los resultados del DAMA.

El experimento COSINE-100 utiliza ocho cristales de yoduro de sodio dopados con talio de bajo fondo, dispuestos en una matriz de 4 por 2, lo que da una masa objetivo total de 106 kg. Cada cristal está acoplado por dos sensores fotográficos para medir la cantidad de energía depositada en el cristal.

Los ensamblajes de cristales de yoduro de sodio se sumergen en 2.200 l de líquido emisor de luz, lo que permite la identificación y posterior reducción de los fondos radiactivos observados por los cristales. El detector está contenido dentro de una disposición anidada de componentes de protección de cobre, plomo y plástico para reducir la contribución de fondo de la radiación externa, así como los muones de rayos cósmicos.

La colaboración COSINE-100 incluye 50 científicos de los Estados Unidos, Corea del Sur, el Reino Unido, Brasil e Indonesia. El Laboratorio Subterráneo Yangyang, donde se basa el experimento, es operado por el Centro de Física Subterránea del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en Corea del Sur.

Hay aún más …

“Los resultados iniciales generan una buena parte de la posible región de búsqueda de materia oscura dibujada por la señal DAMA. En otras palabras, queda poco espacio para que este reclamo sea de la interacción de materia oscura a menos que el modelo de materia oscura se modifique significativamente «, dijo Hyun Su Lee, el otro co-portavoz de COSINE-100, y un director asociado de la organización. Centro de Física Subterránea en IBS.

Fuente: Universidad de Yale

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