Un equipo de investigadores de Canadá ha realizado un importante avance en la detección de la materia oscura. Utilizando líquidos supercalientes en el detector PICASSO han documentado que existe una diferencia significativa entre las señales acústicas inducidas por los neutrones y las de las partículas alfa, que hasta ahora eran difíciles de diferenciar. Como las señales inducidas por los neutrones son muy similares a las señales inducidas por la materia oscura, este nuevo descubrimiento, publicado esta semana en New Journal of Physics, podría ayudar a mejorar la supresión del ruido de fondo en las búsquedas de la materia oscura con este tipo de detector.
En el proyecto de colaboración PICASSO hasta la fecha las partículas alfa habían sido un obstáculo para la detección de partículas masivas de interacción débil (WIMP) que forman la materia oscura Este detector, que está basado en el principio de operación de la cámara de burbujas clásica, es sensible a las partículas alfa, exactamente en el mismo rango de temperatura y energía, lo que hace muy difícil discriminar entre ambos tipos de partículas.
Las partículas alfa son relativamente comunes den la Tierra, son emitidas por núcleos radiactivos como el uranio y el torio, y por consiguiente están presentes en niveles de traza en el propio material del detector. Se cree que las WIMP llenan los grandes espacios que existen entre las galaxias, concentrándose en torno a ellas en nubes gigantescas. Debido a que la Tierra se mueve junto con el Sol a través de la nube de materia oscura de la Vía Láctea, los investigadores esperan detectar colisiones ocasionales de una partícula WIMP con un átomo en sus detectores.
Equipos de investigadores de todo el mundo trabajan en laboratorios subterráneos con el fin de crear las mejores condiciones posibles para el aislamiento de los WIMPs de sus compañeros de viaje, los neutrones, que son creados por los rayos cósmicos. Bajo tierra, equipos en EE.UU., Canadá, Inglaterra, Italia, Japón, Corea y Rusia llevan tiempo luchando por obtener los mejores métodos de detección los WIMPs.
El equipo canadiense, estadounidense y checo, con base en le laboratorio canadiense SNOLAB y utilizando su detector PICASSO, ha experimentado con líquidos supercalentados basados en flúor, altamente sensibles, y ha analizado las señales acústicas que se generan después de las transiciones de fase inducidas por las partículas alfa y los WIMP, y núcleos de retroceso inducidos por neutrones. Para su sorpresa, encontraron diferencias significativas en la amplitud de las señales acústicas, que no se habían observado nunca con anterioridad.
Como portavoz del experimento, Viktor Zacek (de la Universidad de Montreal) dice: “Cuando examinamos nuestros datos de calibración tomados con neutrones y los comparamos con los datos del fondo de partículas alfa, observamos una diferencia característica que atribuimos en un primer momento a alguna inestabilidad del detector, o a derivaciones de la ganancia de nuestros equipos electrónicos. No obstante, cuando comprobamos los datos y perfeccionamos el análisis, el efecto de discriminación se hizo todavía más pronunciado”.
La detección de los WIMP es el primer desafío en la lucha por comprender la materia oscura. Gran parte de lo que se sabe hasta ahora son solo hipótesis, aunque existen pruebas astronómicas convincentes que sugieren que el 23% del Universo está formado por materia oscura, diferente de la materia conocida formada por protones, neutrones y electrones.
La materia oscura es de cientos a miles de veces más pesada que los protones, e interacciona de forma extremadamente débil consigo misma y con la materia “ordinaria”. Se cree que se formó durante el Big Bang, y que ahora rodea a la mayoría de las galaxias, también a nuestra Vía Láctea, formando nubes gigantescas.
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Referencia bibliográfica:
"Discrimination of nuclear recoils from alpha particles with superheated liquids" (F Aubin et al 2008 New J. Phys. 10 103017). Disponible en:
http://stacks.iop.org/NJP/10/103017
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