En lo profundo de una montaña en la cordillera de los Apeninos en Italia, un intrincado aparato busca la materia oscura del universo. Los estudiantes de física de la Universidad de Massachusetts desempeñaron un papel fundamental en los últimos descubrimientos del detector DarkSide-50 y, De hecho, han formado parte de este proyecto desde sus inicios.

El profesor de física Andrea Pocar y sus estudiantes diseñaron y construyeron una cuadrícula que es uno de los componentes clave de DarkSide-50, creado en 2009 por una coalición internacional y ubicado en el Laboratorio Nacional Gran Sasso de Italia. Estudiantes universitarios como Arthur Kurlej '15 y Kirsten Randle '15 diseñaron, ensamblado y soldó este delicado aparato en su lugar.

Si bien la materia oscura se puede inferir de sus efectos gravitacionales, los físicos tienen grandes dificultades para identificarlo, ya que de otro modo difícilmente interactúa con la materia "regular". Entonces tienen que innovar formas de detectarlo.

DarkSide-50 utiliza una tina de argón líquido con una pequeña bolsa de gas argón en la parte superior como objetivo para atraer las partículas que se cree que constituyen la materia oscura. El argón líquido es el objetivo de las partículas de materia oscura, mientras que la bolsa de gas es fundamental para amplificar la señal resultante. El núcleo de argón está rodeado por un gran volumen de fluido centelleante limpio que lo protege de la radiactividad ambiental que puede imitar las señales de materia oscura. El destello de luz producido cuando una partícula golpea el núcleo de un átomo de argón será un indicador para los investigadores de que están en el camino correcto.

El proceso de descubrimiento de la materia oscura significa convertirse en un experto absoluto en todo lo que la materia oscura no es. La estudiante de posgrado Alissa Monte busca eventos que suceden en los límites del detector donde es menos eficiente recolectar luz. donde la carga puede quedar atrapada, o los eventos pierden energía con efectos de borde. Su trabajo en estas regiones menos "ideales" ayuda a los investigadores a comprender el comportamiento de todo el detector.

Estar a la espera de la materia oscura es un proceso similar al zen. "Si queremos ver la materia oscura, es una señal totalmente nueva, "explica Pocar." Hay radiactividad en todo. Por lo tanto, debe saber cómo se ven esas señales en su detector y cómo pueden disfrazarse de materia oscura ".

"Si vemos un evento que se infiltra, "Pocar continúa, "Eso es estadísticamente extremadamente significativo. Nos veríamos obligados a comenzar a afirmar que en realidad es una señal".

Monte presentó su póster en el simposio Dark Matter 2018 en UCLA, donde ella y el resto del equipo de Pocar dieron su primer informe sobre la alta sensibilidad del instrumento para una clase particular de principios de materia oscura. El equipo había recopilado datos para una medición que ni siquiera esperaban poder realizar.

"Resultó que éramos más sensibles que cualquier experimento que se esté ejecutando actualmente en un cierto rango de masas, ", relata Pocar." Ha habido algunas décadas de investigación empujando los límites buscando cosas pesadas pero sin encontrar nada. La gente comenzó a cuestionar que tal vez ese no sea el lugar adecuado para buscarlo. Así que aquí llegamos con este experimento en el que se empiezan a ver varios experimentos ".

El equipo ahora ha obtenido una "comprensión exquisita" de la forma en que el detector indica eventos de fondo. "Nadie esperaba que dijéramos nada sobre esta materia oscura de baja masa, y ponemos la mejor sensibilidad del mundo, "dice Pocar". De repente, somos un jugador en este juego ".