Durante las ultimas décadas, astrofísicos y cosmólogos han recopilado varias observaciones que insinúan la existencia de materia oscura (DM), un tipo de materia que no absorbe, reflejar o emitir luz, y por lo tanto no se puede detectar usando técnicas convencionales para observar radiación electromagnética. Si bien los físicos han predicho su existencia basándose en observaciones astrofísicas y cosmológicas, hasta aquí, La DM nunca se ha observado experimentalmente.

La ventana de masa más sensible para experimentos destinados a detectar directamente DM con tecnologías convencionales (es decir, buscando retrocesos nucleares en detectores) es O (10 ^-100 ) GeV. Cuando se trata de DM ligero, particularmente que en el rango sub-GeV, la dispersión de DM con núcleos no puede producir un retroceso nuclear por encima del umbral en el que sería detectado por las tecnologías existentes.

Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai y el Observatorio de la Montaña Púrpura de la Academia de Ciencias de China han estado tratando de identificar estrategias que podrían ayudar a superar este desafío y revelar señales características de DM sub-GeV con un rango de sensibilidad más amplio (es decir, que sería más fácil de detectar). Uno de sus artículos más recientes, publicado en Cartas de revisión física , delinea un nuevo tipo de efecto diurno relevante para DM sub-GeV impulsado por rayos cósmicos. Este efecto podría permitir la detección directa de DM sub-GeV con retrocesos nucleares.

"Se señaló en la literatura que siempre que la DM pueda interactuar con los núcleos, los núcleos energéticos en el espacio (rayos cósmicos) pueden acelerar algunas partículas de DM a una energía más alta para superar el umbral de detección, abriendo naturalmente la ventana de baja masa, "Shao-Feng Ge y Qiang Yuan, dos de los investigadores que realizaron el estudio, dijo Phys.org. "Fuimos más allá al notar que tanto la DM como los rayos cósmicos tienen una alta densidad alrededor del centro de la galaxia (GC)".

En el escenario considerado por Ge, Yuan y sus colegas, Las partículas de DM aceleradas provienen principalmente de la dirección del GC, que proporciona una característica única distinta del componente ordinario de DM. Si bien las técnicas de detección basadas en el análisis del retroceso nuclear no pueden revelar de qué dirección vendrían las partículas de DM, cuando el GC está ubicado en el lado opuesto de la Tierra desde donde está el detector, la Tierra podría ensombrecer una gran parte de DM acelerada.

En otras palabras, Los investigadores encontraron que si las secciones transversales de dispersión de núcleos de DM son lo suficientemente grandes, el flujo de DM se atenúa a medida que se propaga por la Tierra. Esto conduce a una modulación diurna natural, que podría servir como una firma característica de la DM acelerada.

"El efecto diurno convencional es solo para partículas DM de movimiento lento (no relativistas) en nuestra galaxia (el llamado halo DM estándar), "Ge y Yuan dijeron." El efecto es insignificantemente pequeño ya sea por restricciones experimentales directas, o debido al umbral de detección. Para partículas ligeras de DM, por otra parte, la interacción DM-núcleo está mucho menos restringida, lo que deja espacio para una fuerte modulación diurna ".

En su papel los investigadores muestran que la aceleración de los rayos cósmicos podría permitir o facilitar la detección de partículas de DM. Además, sugieren que el comportamiento de modulación diurno único que describieron se caracteriza por un flujo de energía direccional y superior.

"La firma de modulación diurna propuesta en nuestro estudio podría ser una prueba irrefutable de detección de materia oscura impulsada por rayos cósmicos, mientras que el fondo dominante de impurezas radiactivas no tiene esta característica, "Ning Zhou y Jianglai Liu, dos investigadores involucrados en el estudio, dijo Phys.org. "El espectro de energía de retroceso nuclear también exhibiría una modulación diaria, lo que podría ser un medio adicional para suprimir el fondo potencial ".

Notablemente, este estudio identificó una nueva firma asociada con la DM impulsada por rayos cósmicos. En el futuro, este grupo de investigación y otros equipos podrían analizar los datos recopilados en el pasado, experimentos de DM subterráneos en curso y futuros, buscando específicamente la firma de modulación diurna única destacada en el artículo reciente.

"Ahora animaremos a los experimentadores de todo el mundo a realizar una búsqueda cuidadosa de esta firma en sus datos, "Zhou y Ge dijeron." Más en el lado teórico, en nuestro artículo el modelo de atenuación terrestre se trata con un modelo simplificado, que planeamos mejorar. También intentaremos determinar si existe una combinación ideal de múltiples experimentos subterráneos que podrían significar aún más la detección ".

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