El detector de materia oscura más grande del mundo, LUX-ZEPLIN (LZ), ha registrado un único evento anómalo que podría constituir la primera detección directa de una partícula de materia oscura, aunque los físicos advierten de que es demasiado pronto para hablar de un descubrimiento. El hallazgo fue presentado en la conferencia TeV Particle Astrophysics en Japón y el equipo de LZ decidió publicar el resultado tras no poder explicar el evento como ruido de fondo.
La materia oscura, una sustancia invisible que no absorbe ni emite radiación electromagnética pero cuya gravedad parece mantener unidas a las galaxias, constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo, según estudios del fondo cósmico de microondas. Sin embargo, ninguna partícula conocida tiene la masa y la inercia suficientes para explicarla.
Desde la década de 1980, los teóricos han postulado la existencia de las WIMPs (partículas masivas de interacción débil), que serían unas 100 veces más pesadas que un protón e interactuarían solo a través de la gravedad y la fuerza nuclear débil. Estas partículas deberían estar flotando a nuestro alrededor y, ocasionalmente, chocar con un núcleo atómico, provocando su retroceso. Una serie de detectores cada vez más grandes, incluido LZ —que contiene 7 toneladas de xenón líquido a 1480 metros de profundidad en una antigua mina de oro en Dakota del Sur—, han fracasado hasta ahora en detectar WIMPs.
La novedad es que el equipo de LZ extendió su búsqueda hasta energías de retroceso de 270 keV y encontró un único evento a 248 keV que no lograron atribuir a neutrones errantes o rayos gamma. El problema, según explica Rick Gaitskell, físico de la Universidad de Brown y portavoz de la colaboración LZ, es que si este evento fuera causado por una partícula de materia oscura convencional, los físicos deberían haber detectado miles de eventos de menor energía, algo que no ha ocurrido. Para que el evento tenga sentido, los investigadores tendrían que recurrir a modelos más complejos en los que la tasa de interacción aumente con la energía de la colisión, lo que sugiere que la materia oscura podría ser más complicada que una sola partícula nueva. Por ejemplo, podría tener estructura interna, como un átomo ordinario, de modo que solo interactuaría si recibe un golpe lo suficientemente fuerte para excitarla a un estado energético superior.
Jonathan Feng, teórico de la Universidad de California en Irvine, considera positivo que se haya realizado esta búsqueda, ya que existen clases enteras de teorías con esta dependencia del momento. JiJi Fan, teórica de Brown, señala que algunos de estos modelos existen desde hace décadas y que incluso un solo evento podría reducir el espacio de parámetros de dichas teorías.
Según la fuente de BBC, el estudio fue fruto de dos años de trabajo de 250 científicos e ingenieros de 39 instituciones de seis países, incluida la Universidad de Bristol. El investigador principal, el físico Sam Eriksen, calificó el hallazgo como un posible "primer paso para entender la materia oscura como partícula", aunque reconoció que investigaciones posteriores podrían demostrar que no está relacionado con ella.
Los físicos de LZ estiman que hay aproximadamente una probabilidad entre 200 de que el evento sea una fluctuación estadística, muy lejos del umbral de una entre 3,5 millones requerido para reclamar un descubrimiento. El campo de la búsqueda de materia oscura está plagado de afirmaciones dudosas y anomalías que se desvanecieron con el tiempo.
Para confirmar o refutar el resultado, otros detectores podrían reproducir el análisis de forma independiente. Elena Aprile, física de la Universidad de Columbia y portavoz del equipo XENON, anunció que XENONnT en el Laboratorio Nacional Gran Sasso de Italia, casi tan grande como LZ, puede realizar este estudio con un análisis ciego para validar o invalidar la afirmación de LZ. Además, los investigadores de LZ ya han recopilado tres veces más datos que los utilizados en el artículo, lo que podría arrojar nuevos eventos en breve. La próxima versión del detector PandaX, actualmente en desarrollo en China, también buscará eventos de alta energía.
Por ahora, la comunidad científica observa el resultado con una mezcla de cautela y esperanza. Como expresó Wick Haxton, físico teórico de la Universidad de California en Berkeley, es como ver un regalo bajo el árbol de Navidad: se espera que sea algo bueno y la emoción está ahí, sea cual sea el desenlace.