El intrigante resultado de LUX-ZEPLIN: un candidato a Materia Oscura

El universo está lleno de algo invisible, o tal vez, de «algunas cosas» invisibles. Sabemos que cerca del 85 por ciento de la masa del cosmos es lo que llamamos materia oscura, una sustancia misteriosa que moldea las galaxias con su gravedad, pero que hasta la fecha no ha sido detectada directamente.

Descubrir su identidad sigue siendo uno de los problemas más profundos de la física actual. Y recientemente, investigadores del experimento LUX-ZEPLIN o LZ, presentaron resultados que han puesto en alerta a la comunidad científica: un evento solitario y anómalo, difícil de explicar bajo los estrictos parámetros de LZ, podría ser la tan anhelada señal de materia oscura.

Vayamos primero con el detector. LUX-ZEPLIN es un proyecto de colaboración internacional con 250 científicos de 39 instituciones. Su núcleo se encuentra a casi 1.6 kilómetros bajo tierra, en una antigua mina en Dakota del Sur, reconvertida en centro de investigación. La ubicación es clave, su objetivo es detectar partículas subatómicas capaces de atravesar la corteza terrestre sin problema.

El corazón de LZ es un tanque con 10 toneladas de xenón líquido ultrapuro, mantenido a temperaturas de -100 grados Celsius. En esencia, el instrumento funciona como una cámara de resonancia completamente insonorizada, donde los cuatrillones de átomos de xenón funcionan como bolas de billar que al recibir el impacto de neutrinos, rayos cósmicos o las supuestas partículas de materia oscura delatan como sirenas. 

Una de las partículas propuestas para ser la materia oscura son las llamadas WIMP, partículas masivas de interacción débil. Al colisionar contra un núcleo de xenón, este generaría un destello de luz, que sería captado por detectores ultrasensibles en una primera señal llamada «S1».

Como consecuencia del mismo golpe, el átomo sacude electrones a su alrededor. Estos viajan hacia arriba del tanque mediante un campo eléctrico, obligándolos a salir del líquido hacia una fina capa de gas xenón. Al entrar al gas, los electrones producen un segundo mini relámpago llamado «S2». 

Entonces, la proporción entre S2 y S1 es la huella digital del evento. Cuando los científicos grafican estos valores, saltan a la vista los que son generados por partículas de materia ordinaria y los que no.

Un WIMP de materia oscura que choque contra el pesado núcleo de xenón, provoca una señal de S2 proporcionalmente más pequeña que S1 y cae en una región inferior de la gráfica, una zona «limpia» de ruido. Y justo ahí observaron un evento ocurrido el 16 de junio de 2023, llamado LZ230616.

Como les decía, el equipo analizó datos de 220 días de observación continua, recolectados entre marzo de 2023 y abril de 2024. Durante meses, depuraron todos los procesos de fondo imaginables (todo el ruido posible), buscando interacciones de otras partículas conocidas y cualquier cosa que pudiera confundirse con un WIMP.

Si LZ230616 fue provocado por una partícula de materia oscura, estaríamos hablando de algo con una masa de al menos 200 veces la de un simple protón.

Sin embargo, tanto la colaboración LUX-ZEPLIN, como la mayoría de la comunidad científica, piden cautela. El evento necesita repetirse más veces para que sea considerado como contundente y definitivo. 

En el artículo publicado como pre impresión, los investigadores valoran el resultado con una “significancia global de 2.6 sigma”. Esto significa que existe un 0.5 por ciento de probabilidad de que sea simplemente una fluctuación del fondo, una carambola estadística que nada tiene que ver con los WIMPs. En física de partículas, nadie canta victoria hasta alcanzar los «5-sigma», que garantizan un descubrimiento. Así que LZ continuará recolectando datos.

Si el punto aislado en la gráfica no vuelve a aparecer, la esperanza científica de esta noticia se disolverá en la historia. Pero si en los próximos meses más puntos comienzan a poblar esa región, podríamos estar a las puertas de reescribir nuestra comprensión del universo. Ya lo veremos.