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Detectaron una misteriosa señal bajo tierra que podría estar relacionada con la materia oscura

Un experimento ubicado a 1,6 kilómetros de profundidad en Estados Unidos registró un evento inusual que los científicos todavía no pudieron explicar. El equipo pidió cautela y aclaró que no se trata, por ahora, de una detección de materia oscura.

Un experimento científico instalado bajo tierra en Dakota del Sur, Estados Unidos, detectó una señal inusual que desconcierta a los investigadores que buscan materia oscura.

El registro se produjo durante más de 200 días de observaciones del experimento LUX-ZEPLIN (LZ), diseñado para detectar posibles partículas de materia oscura. Sin embargo, los científicos remarcaron que se trata de un único evento y que todavía no existe evidencia suficiente para afirmar que hayan encontrado esa misteriosa forma de materia.

El resultado fue presentado el 1 de septiembre durante una conferencia científica en Japón y despertó interés dentro de la comunidad científica por una característica particular: después de analizar distintas explicaciones posibles, los investigadores no lograron asociar el evento con una fuente conocida.

Qué es la materia oscura y por qué los científicos la buscan

La materia oscura es uno de los grandes enigmas de la física moderna. Los científicos estiman que representa aproximadamente el 85% de la masa del universo, aunque nunca pudieron observarla directamente.

Su existencia se deduce a partir de sus efectos gravitacionales. Es decir, aunque no puede verse, su gravedad influye sobre las galaxias y sobre la distribución de la materia a gran escala.

Una de las hipótesis plantea que podría estar formada por partículas extremadamente pequeñas capaces de atravesar el espacio y también la Tierra. En ocasiones muy poco frecuentes, esas partículas podrían chocar contra los átomos de la materia común y producir una diminuta señal.

Precisamente ese tipo de interacción es la que intenta detectar el experimento LZ.

Cómo funciona el experimento LUX-ZEPLIN

El detector está ubicado en el Sanford Underground Research Facility (SURF), un enorme laboratorio construido bajo tierra en Dakota del Sur.

Su ubicación, a unos 1,6 kilómetros de profundidad, no es casual. La enorme cantidad de roca que rodea las instalaciones ayuda a bloquear partículas provenientes del espacio que podrían generar señales capaces de confundirse con una posible detección de materia oscura.

El detector utiliza toneladas de xenón líquido ultrapuro. Entre las partículas que los investigadores buscan se encuentran las llamadas WIMP, consideradas durante años como uno de los posibles candidatos para explicar la materia oscura.

Según esta hipótesis, una de esas partículas podría atravesar la Tierra y, en un caso extremadamente poco frecuente, chocar contra el núcleo de un átomo. Esa interacción produciría un pequeño destello que los instrumentos podrían registrar.

Una señal que apareció en el lugar esperado

Durante el período analizado, los científicos detectaron un evento que llamó especialmente su atención.

La señal tuvo una energía de 248 kiloelectronvoltios (keV) y apareció en una zona central del detector, lejos de los bordes donde pueden concentrarse algunas señales capaces de generar falsos positivos.

El evento ocurrió el 16 de junio de 2023 a las 21:22:39 UTC. En ese momento, además, los instrumentos funcionaban con normalidad.

Pero antes de relacionarlo con materia oscura, el equipo tuvo que descartar otras explicaciones.

Los científicos analizaron distintas causas

Los investigadores estudiaron la posibilidad de que la señal hubiera sido producida por materiales radiactivos presentes en el detector, neutrones generados por los propios componentes del equipo o neutrinos provenientes de la atmósfera.

También analizaron un fenómeno conocido como MSSI, que puede producir una señal similar a la que generaría el retroceso de un núcleo atómico, aunque tenga un origen diferente.

Para reducir el riesgo de que sus expectativas influyeran en el análisis, los científicos también utilizaron un procedimiento que incorpora señales falsas a los datos sin que los investigadores sepan cuáles son durante determinadas etapas del estudio.

Después de realizar los controles y revisar las diferentes posibilidades, quedó un único evento que no pudieron relacionar con ninguna fuente conocida.

“No afirmamos haber visto materia oscura”

A pesar del interés que generó el resultado, los responsables del experimento evitaron hablar de un descubrimiento.

Rick Gaitskell, profesor de la Universidad de Brown y portavoz del experimento LZ, destacó que la señal apareció justamente en una región donde los investigadores esperan encontrar indicios de materia oscura y donde los posibles fondos contaminantes son bajos.

Sin embargo, también pidió cautela ante la posibilidad de sacar conclusiones a partir de un solo registro.

“Con un solo evento, no queremos adelantarnos. No afirmamos haber visto materia oscura”.

El científico explicó que el equipo encontró algo que considera interesante y que decidió compartir con la comunidad científica para continuar investigándolo.

Samuel Eriksen, investigador de la Universidad de Bristol y principal autor del estudio, señaló que decidieron comunicar el resultado porque, después del análisis, no encontraron una explicación dentro de la física conocida.

¿Qué podría significar el hallazgo?

Por ahora, existen varias posibilidades y ninguna puede considerarse confirmada.

Si en el futuro aparecen nuevos eventos similares, la señal podría convertirse en una pista importante para comprender cómo interactúa la materia oscura con la materia convencional.

Pero también podría tratarse de un fenómeno todavía desconocido que no tenga relación con la materia oscura.

Otros experimentos que buscan detectar esta materia invisible, como PandaX en China y XENONnT en Italia, podrían aportar datos que ayuden a determinar qué ocurrió.

El experimento LZ continúa funcionando bajo las mismas condiciones de operación desde abril de 2024. Por eso, los próximos datos serán fundamentales: si vuelven a aparecer señales similares, la hipótesis de una posible relación con la materia oscura ganará fuerza.

Por el contrario, si el evento no vuelve a repetirse, los investigadores tendrán que seguir buscando una explicación para uno de los registros más extraños obtenidos hasta ahora por el experimento.