La búsqueda de materia oscura se redirige en los chorros de partículas

Físicos de partículas han sido pioneros en una nueva forma de observar por fin materia oscura utilizando el experimento más grande jamás construido: el Colisionador de Hadrones del CERN.

La materia oscura constituye aproximadamente una cuarta parte de nuestro universo, pero no interactúa significativamente con la materia ordinaria. Su existencia ha sido confirmada por una serie de observaciones astrofísicas y cosmológicas. Sin embargo, hasta la fecha no se ha informado de ninguna observación experimental de la materia oscura.

"Ha habido una gran cantidad de búsquedas de materia oscura en colisionadores durante las últimas décadas y hasta ahora se han centrado en partículas masivas que interactúan débilmente, denominadas WIMP", dice en un comunicado el profesor Deepak Kar, de la Facultad de Física de la Universidad de Witwatersrand y autor del nuevo estudio, que se publica en Physics Letters B.

"WIMPS es una clase de partículas que, según la hipótesis, explican la materia oscura, ya que no absorben ni emiten luz y no interactúan fuertemente con otras partículas. Sin embargo, como hasta el momento no se ha encontrado evidencia de WIMPS, nos dimos cuenta de que la búsqueda de materia oscura necesitaba un cambio de paradigma".

"Lo que nos preguntábamos era si las partículas de materia oscura realmente se producen dentro de un chorro de partículas modelo estándar", dijo Kar. Esto llevó a la exploración de una nueva firma de detector conocida como chorros semivisibles, que los científicos nunca antes habían observado.

Las colisiones de protones de alta energía a menudo resultan en la producción de partículas colimadas, recogidas en lo que se denomina chorros, a partir de la desintegración de quarks o gluones ordinarios. Los chorros semivisibles surgirían cuando hipotéticos quarks oscuros se desintegraran parcialmente en quarks del modelo estándar (partículas conocidas) y parcialmente en hadrones oscuros estables (la "fracción invisible"). Dado que se producen en pares, normalmente junto con chorros adicionales del modelo estándar, el desequilibrio de energía o la falta de energía en el detector surge cuando todos los chorros no están completamente equilibrados. La dirección de la energía faltante suele estar alineada con uno de los chorros semivisibles.

Esto hace que la búsqueda de chorros semivisibles sea muy complicada, ya que esta firma de evento también puede surgir debido a chorros mal medidos en el detector. La nueva forma de Kar y su equipo de buscar la Materia Oscura abre nuevas direcciones para buscar la existencia de la materia oscura.

"Aunque mi tesis doctoral no contiene ningún descubrimiento sobre la materia oscura, establece los primeros límites, bastante estrictos, para este modo de producción, y ya inspira más estudios", afirma la coautora Sukanya Sinha, ahora investigadora postdoctoral en la Universidad de Manchester.