El proyecto QROCODILE, liderado por las universidades de Zúrich y la Hebrea de Jerusalem, ha alcanzado una sensibilidad récord en la detección de la materia oscura ligera. Por primera vez, se han establecido nuevos límites sobre cómo interactúan estas partículas “invisibles” con la materia ordinaria. Es un avance clave en uno de los mayores misterios de la física.
Ahora, una colaboración internacional de científicos ha revelado los primeros resultados prometedores con un novedoso experimento llamado QROCODILE (Observatorio criogénico de resolución cuántica optimizada para incidentes de materia oscura a baja energía).
El proyecto, dirigido conjuntamente por la Universidad de Zurich y la Universidad Hebrea de Jerusalem, en el que participan también la Universidad de Cornell, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y el MIT, ha demostrado un nuevo camino en la búsqueda de partículas de materia oscura “claras”.
En el corazón de QROCODILE se encuentra un detector superconductor de vanguardia capaz de medir depósitos de energía increíblemente débiles, de hasta solo 0,11 electronvoltios, millones de veces más pequeños que las energías que generalmente se detectan en los experimentos de física de partículas. Esta sensibilidad abre una frontera completamente nueva: probar la existencia de partículas de materia oscura extremadamente ligeras, con masas miles de veces más pequeñas que las probadas por experimentos anteriores.
En una carrera científica que duró más de 400 horas a temperaturas cercanas al cero absoluto, el equipo registró una pequeña cantidad de señales inexplicables. Si bien estos eventos aún no se pueden confirmar como materia oscura, pueden provenir de rayos cósmicos o radiación de fondo natural, ya permiten a los investigadores establecer nuevos límites líderes en el mundo sobre cómo las partículas de materia oscura de luz interactúan con los electrones y los núcleos atómicos
Una fortaleza adicional del experimento es su potencial para detectar la direccionalidad de las señales entrantes. Dado que la Tierra se mueve a través del halo galáctico, se espera que las partículas de materia oscura lleguen desde una dirección preferida. Las actualizaciones futuras podrían permitir a los científicos distinguir entre las verdaderas señales de materia oscura y el ruido de fondo aleatorio, un paso crucial hacia un descubrimiento definitivo.
La profesora Yonit Hochberg del Instituto de Física Racah de la Universidad Hebrea, una de las científicas principales del proyecto, explica:
“Por primera vez, hemos impuesto nuevas restricciones a la existencia de materia oscura especialmente ligera. Este es un primer paso importante hacia experimentos más grandes que, en última instancia, podrían lograr la detección directa largamente buscada”.
La siguiente etapa del proyecto, NILE QROCODILE, mejorará aún más la sensibilidad del detector y moverá el experimento bajo tierra para protegerlo de los rayos cósmicos. Con un blindaje mejorado, matrices de detectores más grandes e incluso umbrales de energía más bajos, los investigadores pretenden ampliar los límites de nuestra comprensión del universo oscuro.
El artículo de investigación titulado “First Sub-MeV Dark Matter Search with the QROCODILE Experiment Using Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors”, ya está disponible en Physical Review Letters.
Investigadores:
Laura Baudis1, Alexander Bismark1, Noah Brugger1, Chiara Capelli1, Ilya Charaev1, Jose Cuenca García1, Guy Daniel Hadas2, Yonit Hochberg2,3, Judith K. Hohmann4,5.
Instituciones:
1) Departamento de Física, Universidad de Zúrich.
2) Instituto de Física Racah, Universidad Hebrea de Jerusalem.
3) Laboratorio de Física de Partículas Elementales, Universidad de Cornell.
4) Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMFi), Alemania.
5) Instituto de Tecnología de Karlsruhe, Alemania.
6) Centro de Física Teórica – Instituto Leinweber, Instituto de Tecnología de Massachusetts.
