La materia oscura sigue siendo uno de los mayores misterios de la física moderna. Aunque se cree que constituye aproximadamente el 85% de la masa del universo, hasta ahora no se ha logrado detectarla directamente. Se han propuesto diversas partículas como candidatas, siendo una de ellas la materia oscura ligera, partículas con masas menores a un GeV/c² que podrían interaccionar débilmente con la materia ordinaria.
Recientemente, un equipo de científicos del experimento NEON (Neutrino Elastic Scattering Observation with NaI) ha publicado los resultados de la primera búsqueda directa de materia oscura ligera en un reactor nuclear. Los hallazgos, publicados en Physical Review Letters, establecen nuevas restricciones sobre las propiedades de esta hipotética partícula, lo que representa un avance significativo en la exploración de este sector desconocido del cosmos.
El experimento NEON: una estrategia innovadora
Uno de los desafíos más grandes en la detección de materia oscura es su interacción extremadamente débil con la materia ordinaria. Para afrontarlo, el equipo de NEON diseñó un experimento en un entorno inusual pero prometedor: un reactor nuclear. Los reactores emiten un flujo intenso de fotones de alta energía, los cuales, según ciertas teorías, podrían dar lugar a fotones oscuros, partículas hipotéticas que servirían de mediadoras entre la materia oscura y la ordinaria.
El detector NEON está ubicado a solo 23,7 metros del núcleo del reactor Hanbit en Corea del Sur. Su diseño incluye una matriz de cristales de NaI(Tl) con un total de 16,7 kg de masa, protegidos por blindajes avanzados para minimizar el ruido de fondo y mejorar la sensibilidad a posibles señales de materia oscura ligera.
Resultados y límites obtenidos
Los investigadores analizaron 1,2 años de datos y compararon los períodos de funcionamiento del reactor (“reactor encendido”) con los de inactividad (“reactor apagado”). La región de interés del experimento abarcó energías de 1 a 10 keV y masas de materia oscura entre 1 keV/c² y 1 MeV/c².
El investigador Hyunsu Lee afirma que se trataba de un territorio inexplorado para la búsqueda directa de materia oscura: su objetivo era ampliar los límites de lo que se puede lograr con experimentos basados en reactores.
Si bien no se detectó ninguna señal clara de interacción entre la materia oscura ligera y los electrones, los datos permitieron mejorar los límites previos en un factor de 1.000 para partículas de alrededor de 100 keV/c². Además, por primera vez, se establecieron restricciones para masas inferiores a este rango.
La materia oscura ligera en la investigación actual
El interés por la materia oscura ligera ha ido en aumento en los últimos años. Según el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la comunidad científica está explorando su detección en laboratorios subterráneos, como el experimento DAMIC-M, que utiliza detectores de silicio ultradelgados.
El físico Francisco R. Villatoro también señaló hace años en su blog que las implicaciones astrofísicas de la materia oscura ligera, señalando que su presencia podría afectar la evolución de las estrellas y modificar la radiación cósmica de fondo. Estos estudios teóricos, combinados con experimentos como NEON, pueden ayudar a construir un modelo más preciso de este sector desconocido del universo.
Implicaciones futuras y próximos pasos
El equipo de NEON planea mejorar la sensibilidad del experimento reduciendo aún más el umbral de energía y optimizando el blindaje contra el ruido de fondo.El objetivo a largo plazo es integrar estos hallazgos con otros esfuerzos experimentales y teóricos para construir una comprensión más completa de la materia oscura.
A medida que se recopilan más datos y se perfeccionan las técnicas de detección, los investigadores esperan que experimentos basados en reactores como NEON se conviertan en una herramienta complementaria a las búsquedas en aceleradores de partículas y observaciones cosmológicas, ampliando el panorama de la física de partículas y la astrofísica.
Referencias
- J. J. Choi et al. First Direct Search for Light Dark Matter Using the NEON Experiment at a Nuclear Reactor. Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.021802
Cortesía de Muy Interesante
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