Construyen un detector que permitiría atrapar, por primera vez, materia oscura

Sabemos que alrededor del 80% de la masa del universo consiste en materia oscura. Sin embargo, se sabe poco sobre la composición y estructura de las partículas que conforman la materia oscura, lo que plantea a los físicos algunas preguntas fundamentales. Para explorar esta materia esquiva, los científicos intentan capturar fotones, o partículas de luz, que se producen cuando las partículas de materia oscura colisionan con la materia visible que conocemos.

La mayoría de los experimentos hasta la fecha se han centrado en partículas de materia oscura con masas que se superponen en mayor o menor medida con las de las partículas elementales conocidas. Sin embargo, si las partículas son más ligeras que un electrón, es improbable que sean detectables con el estándar actual, es decir, los detectores basados ​​en xenón líquido.

Hasta la fecha, ningún experimento ha logrado detectar directamente la materia oscura. Sin embargo, este es en sí mismo un hallazgo importante, ya que demuestra que las partículas de materia oscura no existen dentro del rango de masa y la fuerza de interacción estudiados.

Ahora, un equipo internacional dirigido por Laura Baudis, Titus Neupert, Björn Penning y Andreas Schilling, del Departamento de Física de la UZH, ha logrado investigar la existencia de partículas de materia oscura en un amplio rango de masas inferior a un megaelectronvoltio (MeV). Utilizando un detector superconductor de fotón único de nanoalambre (SNSPD) mejorado, los científicos alcanzaron un umbral de sensibilidad de aproximadamente una décima parte de la masa de un electrón, por encima del cual es muy improbable que existan partículas de materia oscura.

“Esta es la primera vez que hemos podido buscar partículas de materia oscura en un rango de masas tan bajo, gracias a una nueva tecnología de detector”, señala Baudis en un comunicado.

En una prueba de concepto de 2022, el equipo de Baudis probó el primer dispositivo SNSPD altamente sensible a los fotones de baja energía. Cuando un fotón incide en el nanoalambre, lo calienta ligeramente y hace que pierda instantáneamente su superconductividad. El alambre se convierte brevemente en un conductor normal, y el consiguiente aumento de la resistencia eléctrica puede medirse.

En su último experimento, publicado en Physical Review Letters, el equipo de Baudis mejoro su dispositivo SNSPD para la detección de materia oscura: lo equiparon con microalambres superconductores en lugar de nanoalambres para maximizar su sección transversal. También le dieron una geometría delgada y plana que lo hace altamente sensible a los cambios de dirección.

La idea es que la Tierra atraviesa un "viento" de partículas de materia oscura y, por lo tanto, la dirección de la partícula cambia a lo largo del año en función de la velocidad relativa. Un dispositivo capaz de detectar cambios de dirección puede ayudar a filtrar eventos que no sean de materia oscura.