Los límites de exclusión del 90 por ciento observados (círculos rellenos con línea negra sólida) en la interacción WIMP-nucleón se muestran con bandas para el límite esperado asumiendo la hipótesis de solo fondo. Los límites excluyen una interpretación WIMP de DAMA / LIBRA-fase 1 de la región permitida de 3 σ (contornos de puntos). Los límites de NAIAD, el único otro experimento basado en yoduro de sodio que estableció un límite competitivo, se muestran en magenta. Crédito:IBS
La evidencia astrofísica sugiere que el universo contiene una gran cantidad de materia oscura no luminosa, pero no se ha observado ninguna señal definida a pesar de los esfuerzos concertados de muchos grupos experimentales. Una excepción es la afirmación, debatida durante mucho tiempo, del grupo DAMA de una modulación anual en los eventos observados en su detector utilizando material objetivo de yoduro de sodio, como podría esperarse de las interacciones de materia oscura de partículas masivas de interacción débil (WIMP). El nuevo experimento COSINE-100, un detector subterráneo de materia oscura en el Laboratorio Subterráneo Yangyang (Y2L) en Corea está comenzando a explorar esta afirmación utilizando el mismo medio y ahora tiene primeros resultados que desafían significativamente las interpretaciones hechas por DAMA que se han mantenido durante casi dos décadas. Y2L es operado por el Centro de Física Subterránea (CUP) del Instituto de Ciencias Básicas (IBS) en Corea.
El rompecabezas de la señal de DAMA, y sus inconsistencias con los resultados de otros experimentos, han dado lugar a cientos de publicaciones. Como resultado, se han propuesto muchos modelos nuevos para explicar la materia oscura y la controversia sigue siendo de gran interés científico y público.
Un punto crítico es que COSINE-100 está investigando la supuesta detección de materia oscura de DAMA utilizando el mismo material objetivo que DAMA y es el primero en publicar resultados significativos por este medio. En un artículo publicado en el número 7734 de la revista Naturaleza , la colaboración describe los resultados de la primera fase del trabajo, una búsqueda de la señal de materia oscura buscando un exceso de eventos sobre el fondo esperado. Este estudio indica que no hay tales eventos presentes en los datos, confirmando que la señal de modulación anual de DAMA está en tensión severa con los resultados de otros experimentos bajo el supuesto del más tradicional llamado Modelo de Halo Estándar para la materia oscura en nuestra galaxia como se muestra en la Fig.1.
"El resultado de esta búsqueda es significativo porque, por primera vez, Contamos con detectores de cristales de yoduro de sodio importantes con suficiente sensibilidad para observar la región de la señal DAMA. Ha sido durante 20 años que la afirmación potencialmente significativa no se ha reproducido utilizando los mismos cristales de forma independiente, "dijo el co-portavoz de COSINE-100 y el director asociado de CUP, Hyun Su Lee. "Los resultados iniciales incluso extraen una buena parte de la posible región de búsqueda de materia oscura dibujada por la señal DAMA. En otras palabras, queda poco espacio para que esta afirmación provenga de la interacción de la materia oscura, a menos que el modelo de materia oscura se modifique significativamente ".
El detector está contenido dentro de una disposición anidada de componentes de blindaje que se muestra en el esquema a). El objetivo principal del escudo es proporcionar una cobertura total contra la radiación externa de varias fuentes de fondo. Los componentes de blindaje incluyen paneles de centelleo de plástico (azul), un recinto de ladrillos de plomo (gris) y una caja de cobre (marrón rojizo). Los ocho conjuntos de cristales de yoduro de sodio encapsulados (esquema c)) están ubicados dentro de la caja de cobre y están sumergidos en líquido centelleante, como se muestra en el esquema b). Crédito:IBS
La colaboración COSINE-100 está compuesta por 50 científicos de Corea, los Estados Unidos (con la profesora co-portavoz Reina Maruyama en la Universidad de Yale), el Reino Unido, Brasil, e Indonesia. COSINE-100 comenzó a tomar datos en 2016. El experimento utiliza ocho cristales de yoduro de sodio dopados con talio de bajo fondo dispuestos en una matriz de 4 por 2, dando una masa objetivo total de 106 kg. Cada cristal está acoplado a dos fotosensores para medir la cantidad de energía depositada en el cristal. Los conjuntos de cristales de yoduro de sodio se sumergen en 2, 200 L de líquido emisor de luz, lo que permite la identificación y posterior reducción de fondos radiactivos observados por los cristales. El centelleador líquido está rodeado de cobre, dirigir, y centelleador de plástico para reducir la contribución de fondo de la radiación externa, así como muones de rayos cósmicos. El esquema del detector se muestra en la Fig.2.
"Hasta aquí, Todavía no hemos descubierto las partículas de materia oscura en esta búsqueda, pero nos hemos acercado más a probar el origen de la señal DAMA sobre si se trata de interacciones de materia oscura o algún efecto sistemático desconocido. "dijo Chang Hyon Ha, becario de investigación en CUP.
A pesar de la fuerte evidencia de su existencia, la identidad de la materia oscura sigue siendo un misterio. Se necesitarán varios años de datos para confirmar o refutar por completo los resultados de la modulación anual de DAMA. Una mejor comprensión teórica y más datos del detector COSINE actualizado (COSINE-200) ayudarán a comprender el misterio de la señal. Para ayudar a lograr este objetivo, CUP está construyendo actualmente un nuevo sitio experimental en una ubicación más profunda y espaciosa, llamado Laboratorio Yemi en el condado de Jeongseon. COSINE-100 está recopilando datos actualmente con una mejora continua en la comprensión del detector. Yeongduk Kim, Hyun Su Lee, Reina Maruyama, y Neil Spooner concibió el experimento COSINE-100.
