El detector de neón, colocado a solo 23.7 metros del núcleo de un reactor nuclear, utiliza un blindaje avanzado para minimizar el ruido de fondo y detectar interacciones potenciales con materia oscura clara. Crédito: colaboración de neón
Detectando la materia oscura, el tipo de asunto evasivo previsto para dar cuenta de la mayor parte de la masa del universo, hasta ahora ha demostrado ser muy desafiante. Si bien los físicos aún no han podido determinar en qué consiste exactamente este asunto, varios experimentos a gran escala en todo el mundo han estado tratando de detectar diferentes partículas teóricas de materia oscura.
Uno de estos candidatos es la llamada materia oscura clara (LDM), partículas con masas bajas debajo de unos pocos voltios de electrones gigaconales (GEV/C2). Las teorías sugieren que estas partículas podrían interactuar débilmente con la materia ordinaria, sin embargo, la debilidad de estas interacciones podría dificultarlas de detectar.
La observación de dispersión elástica de neón (neutrino con NAL), un grupo de investigadores que analizan datos recopilados por el detector de neón en el reactor nuclear de HANBIT en Corea del Sur, han publicado los resultados de su primera búsqueda directa de LDM.
Su papelpublicado en Cartas de revisión físicaestablece nuevas limitaciones sobre las propiedades de este candidato clave de materia oscura, lo que podría informar los esfuerzos futuros destinados a detectarlo.
«Nuestro artículo surgió del enfoque innovador de la colaboración de neón para buscar materia oscura de luz utilizando una configuración experimental única cerca de un reactor nuclear», dijo a Phys.org Hyunsu Lee, coautor del periódico.
«Nos inspiró la idea de que los reactores nucleares, que emiten una abundancia de fotones de alta energía, podrían proporcionar un entorno natural para probar nuevas teorías de materia oscura».
Uno de los objetivos principales del experimento de neón es buscar LDM explorando sus interacciones con electrones. La primera ejecución del experimento buscó específicamente partículas con una masa que oscila entre 1 keV/c2 y 1 mev/c2.
«Esta fue una región desconocida para las búsquedas directas de materia oscura y nuestro objetivo fue superar los límites de lo que se puede lograr con experimentos basados en reactores», explicó Lee.
Resultados del experimento de neón que muestra los límites de exclusión para las interacciones de materia oscura clara con electrones, en comparación con experimentos anteriores. Crédito: colaboración de neón.
Para buscar LDM, la colaboración de neón se basa en un detector altamente sensible ubicado cerca del reactor nuclear de HANBIT en Corea del Sur. Este detector podría recoger pequeñas señales que podrían estar asociadas con interacciones entre partículas LDM y electrones.
El reactor nuclear de HANBIT produce fotones de alta energía que podrían convertirse en fotones oscuros, se espera que las partículas hipotéticas interactúen débilmente con la materia ordinaria. Estos fotones oscuros, que teóricamente se mezclan con fotones regulares (es decir, partículas de luz), podrían decaer en LDM. En particular, la detección de interacciones LDM requiere un detector altamente sensible capaz de capturar estas esquivas señales.
«Nuestro detector, protegido con materiales avanzados para reducir el ruido de fondo, está diseñado para capturar estas interacciones raras», dijo Lee.
«En nuestro artículo reciente, analizamos 1.2 años de datos recopilados por el detector y establecimos nuevos límites sobre cómo la materia oscura fuertemente clara puede interactuar con los electrones. Para las partículas de materia oscura con una masa de alrededor de 100 keV/c2mejoramos los límites anteriores en un factor de 1,000, y por primera vez, establecemos restricciones en las masas por debajo de este rango «.
En comparación con las búsquedas LDM anteriores, el experimento de neón investiga rangos de masa nuevos y desconocidos para estas partículas que anteriormente eran inaccesibles. Si bien los investigadores no recogieron ninguna señal que pudiera estar vinculada a interacciones entre partículas LDM y electrones, pudieron refinar las limitaciones existentes en las propiedades de estas partículas hipotéticas, particularmente para masas por debajo de 100 keV/c2
«Usando un reactor nuclear como fuente de fotones de alta energía y un entorno controlado para experimentos, demostramos el potencial de las búsquedas de materia oscura basadas en reactores», dijo Lee.
«Las implicaciones de nuestro trabajo son significativas, ya que nuestro enfoque abre la puerta para futuros experimentos para investigar incluso a los candidatos de materia oscura más claras y ofrece un método complementario para las búsquedas de materia oscura basadas en aceleradores y cosmología».
El artículo reciente de la colaboración de neón pronto podría informar otras búsquedas de LDM en todo el mundo, así como estudios teóricos centrados en estas partículas. Los investigadores ahora planean extender el alcance de su investigación recopilando más datos y mejorando aún más la sensibilidad de su detector.
«Específicamente, nuestro objetivo es reducir aún más el umbral de energía de nuestro análisis, lo que nos permite explorar partículas más claras de materia oscura con fuerzas de interacción aún más débiles», agregó Lee.
«Además, estamos explorando formas de mejorar el blindaje y la reducción de ruido para mejorar la confiabilidad de nuestros resultados. Nuestro objetivo a largo plazo es integrar nuestros hallazgos con otros esfuerzos experimentales y teóricos de materia oscura para desarrollar una comprensión integral de este componente esquivo de la universo.»
Más información:
JJ Choi et al, primera búsqueda directa de materia oscura de luz utilizando el experimento de neón en un reactor nuclear, Cartas de revisión física (2025). Doi: 10.1103/Physrevlett.134.021802.
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Citación: Neon Experiment comparte los resultados de la primera búsqueda directa de Light Dark Matter (2025, 30 de enero) Consultado el 30 de enero de 2025 de https://phys.org/news/2025-01-neon-results-dark.html
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