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Materia oscura: COSINUS pretende examinar señales de materia oscura
El experimento a gran escala COSINUS para detectar materia oscura se inaugurará el 18 de abril de 2024. Con sus datos se podrían aclarar décadas de discrepancias entre diferentes mediciones.
© Colaboración COSINUS (extracto)
En el criostato, el cristal de yoduro de sodio se puede enfriar hasta casi el cero absoluto. Esto significa que con el detector se pueden medir señales muy débiles.
La naturaleza de la materia oscura sigue siendo una de las cuestiones más importantes de la física moderna. Según los modelos actuales, constituye aproximadamente el 84% de toda la materia del universo local y es significativamente más común que la materia (bariónica) que conocemos. En busca de sus posibles partículas, se inician ahora las mediciones del proyecto COSINUS (Observatorio criogénico de señales vistas en búsquedas subterráneas de próxima generación) en el macizo italiano del Gran Sasso. Su objetivo es resolver los resultados contradictorios de varios experimentos realizados en las últimas décadas. Se esperan los primeros resultados en 2025/2026.
El corazón de COSINUS –y experimentos similares– es un cristal hecho de yoduro de sodio que puede enfriarse hasta unas pocas centésimas de grado por encima del cero absoluto (-273 grados Celsius). Si el cristal es golpeado por partículas de materia oscura, deberían ocurrir dos reacciones en el detector: primero, los átomos del cristal se hacen vibrar y así calentar la red cristalina. En segundo lugar, se crea luz en el cristal. Ambos efectos se pueden medir con COSINUS. Para minimizar el ruido de fondo de otras partículas, el experimento está bien protegido en el macizo del Gran Sasso, bajo 1.400 metros de roca.
Si se pudiera detectar la materia oscura de esta manera, las señales medidas deberían variar a lo largo del año: el Sol y todos sus planetas se mueven alrededor del centro de nuestra galaxia a una velocidad de unos 220 kilómetros por segundo. La Tierra, a su vez, orbita alrededor del Sol a una velocidad de unos 30 kilómetros por segundo; tarda un año en completar una revolución. Así, durante seis meses la Tierra se mueve en la misma dirección que el Sol, y durante los otros seis meses en la dirección opuesta. »La situación es como conducir bajo la lluvia: cuanto más rápido vamos, más gotas de lluvia golpean el parabrisas. «Por lo tanto, esperamos detectar diferentes cantidades de materia oscura en diferentes momentos», explica Karoline Schäffner, del Instituto Max Planck de Física de Garching, una de las instituciones científicas implicadas.
Desde hace unos veinte años, los investigadores del proyecto DAMA/LIBRA (Dark Matter/Large Sodium Iodide Bulk for Rare Processes), también con sede en los Laboratorios Nacionales del Gran Sasso, afirman haber registrado tales fluctuaciones anuales. Sin embargo, los resultados son controvertidos porque aún no han sido confirmados por ningún otro experimento y las supuestas señales pueden explicarse mediante un análisis de datos impreciso.
En el experimento DAMA/LIBRA sólo se mide la luz resultante de la colisión entre el cristal y la partícula, pero no el calor. Lo mismo se aplica a proyectos posteriores en los que no fue posible reproducir los resultados. Con COSINUS, los científicos tienen la ventaja de registrar también la señal de calor. Esto puede proporcionar información crucial sobre qué tipo de partícula es. Esto permite excluir mejor del análisis las partículas ya conocidas y mejorar la calidad de los datos. Esto debería aclarar si las señales medidas con DAMA/LIBRA son artefactos de evaluación imprecisa o si la evidencia de la existencia de materia oscura está aumentando.
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