Hallazgo sin precedentes: experimentos con materia oscura ofrecen un primer vistazo a la "niebla de neutrinos"
Las partículas subatómicas ligeras llamadas neutrinos han comenzado a abrirse paso entre los experimentos.
La materia oscura constituye aproximadamente el 27% del universo, pero su naturaleza exacta es un misterio. La detección del axión solar podría proporcionar la primera evidencia concreta de partículas más allá del Modelo Estándar de la física de partículas y la "niebla" de neutrinos empieza a materializarse.
Las partículas subatómicas ligeras llamadas neutrinos han comenzado a abrirse paso entre los experimentos que no estaban diseñados para detectarlas. De hecho, dos de ellos han sido diseñados para detectar partículas de materia oscura y han captado atisbos iniciales de neutrinos nacidos en el sol, según informan desde la revista científica science news.
"Es un hito", dijo la física Kate Scholberg de la Universidad de Duke, que no participó en la investigación pero aseveró que se trata de grandes indicios en el campo de los neutrinos, una señal largamente esperada de la mejora del rendimiento de los detectores.
Esta señal, conocida como "niebla de neutrinos", sugiere una nueva forma de estudiar las partículas subatómicas difíciles de detectar. Pero también señala el principio del fin de los detectores de materia oscura de este tipo, cuyo objetivo es detectar las partículas masivas no identificadas que forman el volumen del cosmos.
A medida que estos detectores se vuelvan más capaces, la niebla de neutrinos podría ocultar posibles señales de materia oscura. El experimento XENON en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia, detectó señales de neutrinos que se habían producido en el sol, informaron los físicos el 10 de julio en el Taller Internacional sobre la Identificación de Materia Oscura en L'Aquila, Italia.
Experimentos con materia oscura ofrecen un primer vistazo a la "niebla de neutrinos"
El experimento PandaX-4T, en el Laboratorio Subterráneo China Jinping en Liangshan, detectó evidencia similar, informaron los investigadores en el taller el 8 de julio y en un artículo enviado el 15 de julio a arXiv.org.
El resultado "abre una nueva puerta para utilizar nuestros detectores para estudiar neutrinos y buscar nuevos fenómenos físicos asociados", declaró el físico Ning Zhou de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, portavoz adjunto de PandaX.
En los procesos de fusión nuclear que alimentan al Sol se producen multitud de neutrinos en una variedad de reacciones diferentes. Algunos de los más energéticos provienen de la desintegración radiactiva del boro-8, un tipo de boro creado durante el proceso de fusión.
Los científicos habían predicho desde hace tiempo que esos neutrinos eran lo suficientemente frecuentes y tenían las energías adecuadas para ser vistos en los detectores de materia oscura. Eso es lo que han descubierto los dos detectores de materia oscura.
Cada experimento contiene varias toneladas de xenón líquido. Si una partícula de materia oscura choca contra el núcleo de un átomo de xenón, los experimentos pueden detectar que ese núcleo retrocede en respuesta, revelando la presencia de materia oscura. Pero los neutrinos también pueden chocar contra núcleos atómicos, causando retrocesos similares.
Este tipo de interacción, en la que un neutrino choca contra un núcleo atómico completo en lugar de un protón o neutrón individual, se observó por primera vez en 2017 en el experimento COHERENT, utilizando neutrinos de una fuente de laboratorio.
Los dos nuevos experimentos marcan los primeros signos de golpes de núcleo por neutrinos del sol. Los científicos detectaron previamente neutrinos solares por otros medios.
En el futuro, la detección de neutrinos solares a través de los núcleos que golpean podría ayudar a los físicos a comprender mejor las partículas. Por ejemplo, los científicos podrían estudiar la señal de los neutrinos para buscar lo que los detectores podrían pasar por alto: neutrinos hipotéticos "estériles" que no interactuaron en absoluto con la materia, aparte de las fuerzas gravitacionales. Los detectores de materia oscura también podrían detectar neutrinos de otras fuentes, como estrellas cercanas en explosión.
"Es muy interesante ver que podemos convertir este detector en un observatorio de neutrinos", declaró el físico Michael Murra de la Universidad de Columbia, miembro del proyecto XENON.
La señal de los neutrinos solares sólo oscurecería las partículas de materia oscura de baja masa, que se encuentran por debajo del rango de masas que estos detectores examinan con más cuidado en busca de materia oscura.
Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que los neutrinos comiencen a inundar la detección de materia oscura de masas superiores. La próxima generación de detectores de materia oscura, más allá de XENON y PandaX-4T, debería ser capaz de buscar materia oscura pero será difícil.
En su lugar, los científicos podrían pasar a detectores que miden la dirección de las partículas entrantes. Eso permitiría a los investigadores buscar interacciones oscuras que se originen lejos del sol, lo que elimina a los neutrinos solares de sus datos.
Hallazgo sin precedentes: experimentos con materia oscura ofrecen un primer vistazo a la "niebla de neutrinos". Fuente: Archivo
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