Físicos buscan explicar una posible señal de materia oscura detectada bajo tierra

Un destello de luz dentro de un enorme detector subterráneo en Dakota del Sur ha desatado una oleada de actividad teórica, mientras físicos de todo el mundo compiten por determinar si el evento marca la primera detección directa de materia oscura y, de ser así, qué tipo de partícula lo causó.

El experimento LUX-ZEPLIN (LZ), un detector que contiene 7 toneladas métricas de xenón líquido enterrado a casi una milla bajo la superficie terrestre en el Sanford Underground Research Facility, registró una interacción de partículas inusual en junio de 2023. Tras meses de análisis, la colaboración LZ —250 científicos e ingenieros de 39 instituciones— presentó los hallazgos el 1 de septiembre en la conferencia TeV Particle Astrophysics 2026 en Japón. El equipo estima que solo hay un 0.5% de probabilidad, o alrededor de 1 entre 200, de que la señal fuera causada por interferencias conocidas, situando el resultado en 2.6-sigma.wmur

Esto está muy lejos del umbral de 5-sigma —aproximadamente 1 entre 3.5 millones de probabilidades de ser un error— requerido para reclamar un descubrimiento en física de partículas. "Un evento, por sí solo, no es suficiente", dijo Alvine Kamaha, profesora asistente de física en UCLA y miembro de la colaboración LZ.wmur

Una señal que desafía explicaciones simples

Lo que ha llamado especialmente la atención es que el evento se registró a una energía más alta de lo que predecirían los modelos estándar de partículas masivas de interacción débil, o WIMPs. "No es lo que esperarías de los modelos de materia oscura más generales", dijo Henning Flaecher de la Universidad de Bristol, parte del grupo LZ. La ausencia de colisiones acompañantes de menor energía hace que una explicación de WIMP "estándar" sea extremadamente improbable.newscientist

En las semanas posteriores al anuncio, los teóricos han publicado numerosos artículos explorando alternativas. Muchos se centran en una partícula llamada higgsino, un supercompañero hipotético del bosón de Higgs derivado de la teoría de la supersimetría. JiJi Fan, de la Universidad de Brown, lo calificó como la explicación WIMP más simple que sigue siendo consistente con los datos, aunque señaló que el modelo de higgsino más básico parece entrar en conflicto con las restricciones de otros experimentos.newscientist

Otras propuestas invocan partículas de materia oscura originadas en dimensiones extra. Lisa Randall, de la Universidad de Harvard, coautora de uno de estos artículos, dijo que los datos "parecen pedir algo así: evita las restricciones preexistentes y encaja de forma bastante natural".newscientist

Nuevas herramientas, nuevas preguntas

Por separado, Stefano Profumo, físico de la Universidad de California, Santa Cruz, ha introducido un marco cuantitativo para evaluar teorías de materia oscura en competencia. Al aplicar la medida de Barbieri-Giudice a 12 escenarios, Profumo descubrió que ciertos modelos de formación de agujeros negros primordiales se clasificaban entre las construcciones más "naturales" estudiadas —comparables a los modelos de partículas más flexibles— mientras que un escenario de partículas ampliamente estudiado que involucra la resonancia del bosón de Higgs se clasificó entre los más ajustados. "La naturalidad tiene un poder real como filtro para decidir dónde buscar a continuación", dijo Profumo.quantumzeitgeist

¿Qué sigue?

El equipo de LZ analiza ahora un conjunto de datos más amplio que abarca 700 días, con la esperanza de encontrar eventos adicionales. Para evitar sesgos, los investigadores insertan eventos sintéticos en los datos que solo se eliminan una vez completado el análisis. Experimentos independientes, incluidos el detector XENONnT en Italia y el PandaX-4T en China, podrían proporcionar corroboración eventualmente.wmur

"Las anomalías pueden aparecer y desaparecer, como todos sabemos", dijo Fan. "Independientemente de si se confirma el evento LZ, algunos de estos temas conducirán a investigaciones a largo plazo".newscientist