materia oscuraSigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia.A pesar de décadas de evidencia astronómica de su existencia, nadie ha encontrado señales cerca de su hogar.Ha habido docenas de esfuerzos para lograr esto, y uno de los más notables es el hito de ocho años de publicación y análisis de datos.tantoObservatorio de neutrinos IceCubePronto anunciaremos nuestros resultados de ocho años, pero por ahora echemos un vistazo a lo que están buscando exactamente.
Abundan las teorías sobre qué es realmente la materia oscura, algunas de las cuales se centran en el concepto de materia oscura como una especie de partícula.El más notable de ellos esPartículas grandes de interacción débil (WIMP).La física de WIMP es uno de los principales impulsores de los experimentos de IceCube.
Los detectores de neutrinos pueden parecer una forma extraña de encontrar WIMP, pero la física detrás de ellos es bien conocida.Al pasar a través de grandes trozos de materia del “modelo estándar” (es decir, lo que consideramos partículas “normales”), los WIMPS pueden perder energía y, finalmente, pueden verse obligados por la gravedad al cuerpo a través del cual pasa el WIMPS.Este sería el caso de los planetas o el sol.Por lo tanto, puede haber una gran masa invisible de partículas que interactúan débilmente en el centro de la Tierra.
No es posible detectar directamente estas agrupaciones WIMPS.Sin embargo, los científicos pudieron medir las partículas proxy y ver señales que podían decir.neutrino.Los neutrinos, notoriamente difíciles de detectar por sí mismos, se derivan de algunas teorías de que los WIMP se autodestruyen al interactuar con partículas estándar.Debido a que son tan difíciles de descifrar, los neutrinos producidos por este proceso en la masa WIMP en el centro de la Tierra casi seguramente podrán atravesar la masa terrestre y hacia el espacio.
Pero en el proceso, pueden ser detectados por detectores de neutrinos como IceCube.base geográficaAntártida, IceCube consta de una serie de 86 módulos ópticos digitales que contienen 5160 sensores ópticos individuales.Radiación de CherenkovCuando los neutrinos interactúan con otras partículas.Triangulando el brillo y la vida útil de los pulsos de luz, los científicos pueden rastrear la velocidad y la dirección en que viajaron los neutrinos.
Dada la naturaleza exigente del equipo y las partículas de interés, la reducción de ruido es un componente clave del IceCube.Parte de esta estrategia se hace a través de la contención. Los conjuntos de detección no solo se basan en uno de los puntos más aislados de la Tierra, sino que están enterrados bajo el hielo a 1450 m y abarcan kilómetros de profundidad casi verticales.
Otra parte de esa estrategia se basa en la simulación, específicamente para estimar y eliminar el ruido de fondo.El equipo de investigación de IceCube, formado por científicos de todo el mundo, utiliza simulaciones de ruido de fondo para eliminar los falsos positivos.También puede eliminar algunas fuentes de neutrinos que no están relacionadas con los WIMP, como cuando el sistema detecta neutrinos que viajan hacia el núcleo de la Tierra en lugar de alejarse de él.La mayoría de estos tipos de neutrinos son causados por “neutrinos atmosféricos”, que se forman cuando los rayos cósmicos chocan con la atmósfera terrestre.
Todo este esfuerzo es para la tarea relativamente simple de averiguar exactamente qué es un WIMP.En el lenguaje de la física de partículas, esto significa un intento de restringir la “masa”.Como ocurre con gran parte de la física de partículas, se mide de forma ligeramente diferente a simplemente poner algo en una escala.Medido en “electronvoltios”, los investigadores observaron masas de dislocación entre 10 GeV (gigaelectronvoltios) y 10 TeV (teraelectronvoltios).Este rango incluye masas “pesadas” del orden de “más pesadas” que otras partículas subatómicas conocidas, como la partícula de Higgs (125 GeV) o los electrones (0,511 MeV).
Otra característica de los WIMP que el estudio trató de reducir es la “tasa de extinción” o la frecuencia con la que los WIMP se destruyen y generan neutrinos que el IceCube puede detectar.Usando algunos análisis estadísticos avanzados, los investigadores también presentaron probabilidades estadísticas para diferentes rangos de probabilidad de extinción.
A pesar de hacer todo hasta ahora, el resultado final aún no se ha analizado por completo.Entonces, lo que todos estos resultados podrían significar para las búsquedas de WIMP sigue siendo una pregunta abierta.El equipo de IceCube espera que los resultados se “publiquen pronto”.Además, hay tres años más de datos que aún no están incluidos en este análisis, ya que los datos que analizaron actualmente fueron solo entre 2011 y 2018.
Todo el trabajo realizado para descubrir exactamente qué es la materia oscura vale la pena.Después de todo, sigue siendo uno de los mayores fenómenos inexplicables de la física de partículas.Y la única forma en que los científicos pueden comprenderlo por completo es recopilar datos de equipos como IceCube durante los próximos años.
Aprende más:
arxiv –Encuentra materia oscura en el centro de la Tierra con 8 años de datos de IceCube
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Imagen principal:
Foto de un edificio en la superficie antártica con el Observatorio de Neutrinos IceCube.
Fuente: Observatorio de neutrinos IceCube