Una señal inesperada vuelve a poner la materia oscura bajo la lupa

La materia oscura sigue siendo uno de los grandes misterios de la física. Sabemos que existe evidencia de su influencia gravitacional y que representa aproximadamente el 85 % de la materia del universo, pero hasta ahora ningún experimento ha conseguido detectar directamente una partícula de materia oscura.

Ahora, una colaboración internacional de unos 250 científicos e ingenieros encontró una señal que ha despertado especial interés. El experimento LUX-ZEPLIN (LZ) registró una sola interacción de partículas que resulta difícil de explicar con los fondos conocidos producidos por la materia ordinaria.

El evento apareció precisamente en una región del detector donde los investigadores esperaban encontrar una posible señal de materia oscura. Eso no significa que hayan encontrado la sustancia invisible, pero sí convierte al registro en una anomalía que merece ser estudiada.

El detector busca partículas que casi nunca interactúan

LZ funciona en el Sanford Underground Research Facility, en Dakota del Sur, Estados Unidos, a casi una milla de profundidad. La ubicación no es casual: las capas de roca reducen la interferencia de los rayos cósmicos que podrían confundirse con las partículas que buscan los investigadores.

En el corazón del experimento hay xenón líquido ultrapuro. La versión actual del detector utiliza unas 10 toneladas de este material para buscar señales producidas cuando una partícula interactúa con un núcleo de xenón. Esas interacciones pueden generar pequeños destellos de luz y señales eléctricas que permiten reconstruir lo ocurrido.

Para este análisis, el equipo estudió 220 días de datos recopilados entre marzo de 2023 y abril de 2024. La exposición analizada equivalió a 2,84 toneladas-año.

Un único evento difícil de explicar

Los investigadores ampliaron la búsqueda hasta energías de retroceso nuclear de aproximadamente 270 kiloelectronvoltios. En ese rango encontraron un solo evento compatible con un retroceso nuclear de 248 ± 23 keV por incertidumbre estadística y ± 23 keV por incertidumbre sistemática.

La señal resulta especialmente llamativa porque el fondo esperado en esa región es bajo. Si el evento hubiera sido provocado por una partícula masiva de interacción débil, conocida como WIMP, podría corresponder a una partícula con una masa de al menos 200 GeV/c², más de 200 veces la masa de un protón.

Pero existe un problema fundamental: solo hay un evento.

El resultado todavía no permite hablar de descubrimiento

En física de partículas, alcanzar 5 sigma suele ser el estándar utilizado para declarar un descubrimiento. El análisis de LZ alcanzó una significancia global de 2,6 sigma, mientras que la máxima significancia local fue de 3,4 sigma.

En términos sencillos, los datos son suficientemente inusuales para llamar la atención, pero todavía existe la posibilidad de que el evento tenga una explicación convencional que los investigadores aún no hayan identificado.

Por eso el equipo evita afirmar que haya detectado materia oscura. Rick Gaitskell, portavoz de la colaboración LZ, señaló que el grupo está intrigado por el evento, pero que con una sola interacción no quiere adelantarse a las conclusiones.

La siguiente etapa será observar qué ocurre cuando se incorporen más datos. Si aparecen otros eventos con características similares, la evidencia podría ganar fuerza. Si la señal desaparece al aumentar la muestra, podría terminar siendo una fluctuación estadística o un tipo de fondo poco frecuente.

Por ahora, el universo mantiene el misterio.

Y quizá eso sea precisamente lo más interesante: después de décadas buscando una partícula que nadie ha conseguido verdirectamente, un detector enterrado bajo una montaña acaba de encontrar algo que podría ser una pista.

Todavía no sabemos qué es.

Con información de LUX-ZEPLIN (LZ), UCL y Brown University.

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