En la búsqueda de los investigadores de evidencia de materia oscura, El físico Andrea Pocar de la Universidad de Massachusetts Amherst y sus estudiantes han desempeñado un papel importante en el diseño y la construcción de una parte clave del detector DarkSide-50 basado en argón ubicado bajo tierra en el Laboratorio Nacional Gran Sasso de Italia.

Esta semana, científicos de todo el mundo que se reunieron en la Universidad de California, Los Angeles, en el Simposio Dark Matter 2018 se enteró de nuevos resultados en la búsqueda de evidencia del material escurridizo en Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMP) por el detector DarkSide-50. Las WIMP han sido candidatas a partículas de materia oscura durante décadas, pero hasta la fecha no se ha encontrado ninguno.

Pocar dice que el detector DarkSide ha demostrado el gran potencial de la tecnología de argón líquido en la búsqueda de los llamados "WIMP pesados, "aquellos con una masa de alrededor de 100 a 10, 000 veces la masa de un protón. Más lejos, él añade, la técnica de argón de doble fase utilizada por el detector DarkSide-50 tiene un poder inesperado en la búsqueda de "WIMP de baja masa, "con sólo 1-10 veces la masa de un protón.

Él añade, "El componente que fabricamos en UMass Amherst, con estudiantes universitarios muy dedicados involucrados desde el principio, está funcionando muy bien. Es emocionante ver esta semana el primer informe de nuestro éxito en el simposio ". Su estudiante de posgrado Alissa Monte, que ha estudiado fondos relacionados con la superficie y el radón utilizando DarkSide-50, presentará un cartel en la reunión de UCLA.

Pocar dice, "Existe una comunidad vibrante de investigadores en todo el mundo que realizan experimentos en competencia en esta área de WIMP de 'baja masa'. Durante los últimos dos años, recopilamos datos para una medición que no esperábamos poder hacer. En este punto, estamos en un juego en el que no pensamos que podríamos estar. Estamos informando de la alta sensibilidad que hemos logrado con el instrumento, que está funcionando mejor de lo esperado. "La sensibilidad se refiere a la capacidad del instrumento para distinguir entre la materia oscura y la radiación de fondo.

Materia oscura, Pocar explica, representa aproximadamente el 25 por ciento del contenido de energía del universo y, si bien tiene una masa que se puede inferir de los efectos gravitacionales, los físicos tienen grandes dificultades para detectarlo e identificarlo porque apenas interactúa, como mucho, con materia "regular" a través de otras fuerzas. "La materia oscura no parece querer interactuar mucho con la materia que conocemos, "anota el físico.

El detector DarkSide-50 utiliza 50 kg (aproximadamente 110 libras) de argón líquido en una tina, con una pequeña bolsa de gas argón en la parte superior, Pocar explica, como objetivo para detectar WIMP. Los investigadores esperan que un WIMP golpee el núcleo de un átomo de argón en el tanque, que luego puede ser detectado por la ionización producida por el retroceso nuclear en el medio argón circundante. Algo de la señal de ionización, proporcional a la energía depositada en el interior del detector, se recoge aplicando un campo eléctrico al objetivo, el explica.

También se produce un destello de luz en el argón con ionización, Dice Pocar. Para eventos de energía suficientemente alta, el pulso de luz es lo suficientemente brillante como para ser usado para diferenciar la "firma" entre un retroceso nuclear como el inducido por un WIMP, y retrocesos de electrones inducidos por radiactividad ambiental o de fondo.

El laboratorio de Pocar diseñado, hizo e instaló uno de los electrodos que aplican el campo eléctrico. Él dice, "Para WIMP de baja masa, la cantidad de energía transmitida al núcleo de argón por un WIMP es increíblemente pequeña. Es como golpear una bola de billar con una pelota de ping-pong lenta. Pero una cosa clave para nosotros es que ahora, con dos años de datos, Tenemos un conocimiento exquisito de nuestro detector y entendemos muy bien todos los eventos que no son WIMP. Una vez que entienda su detector, puedes aplicar todo ese conocimiento en el modo de búsqueda, y planificar experimentos de seguimiento ".

Cristiano Galbiati, portavoz del proyecto DarkSide, dijo en el simposio de esta semana, "Esta es la mejor manera de comenzar la aventura del futuro experimento DarkSide-20k. Los resultados de DarkSide-50 brindan una gran confianza en nuestras opciones tecnológicas y en la capacidad de llevar a cabo un programa de descubrimiento convincente de materia oscura. Si una tecnología de detector identificará de manera convincente los eventos inducidos por la materia oscura, esto será todo ".