La búsqueda de la materia oscura, ese enigmático componente que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo, ha representado un desafío significativo para la física moderna. A pesar de los esfuerzos realizados en diversos experimentos a gran escala en todo el mundo, los científicos aún no han logrado determinar la naturaleza exacta de esta materia. Entre los candidatos propuestos se encuentra la materia oscura ligera (LDM), que se caracteriza por tener masas inferiores a unos pocos giga-electrones voltios (GeV/c2). Las teorías sugieren que estas partículas podrían interactuar débilmente con la materia ordinaria, lo que complica su detección.
Recientemente, la colaboración NEON (Observación de Dispersión Elástica de Neutrinos con Nal) ha dado un paso importante en esta búsqueda al publicar los resultados de su primera búsqueda directa de LDM. Este equipo de investigadores, que analiza los datos recogidos por el detector NEON ubicado cerca del reactor nuclear de Hanbit en Corea del Sur, ha presentado sus hallazgos en la revista Physical Review Letters, estableciendo nuevas limitaciones sobre las propiedades de este candidato clave de materia oscura.
Un enfoque innovador para la detección de la materia oscura
El detector NEON, situado a solo 23.7 metros del núcleo del reactor nuclear, utiliza un sistema de blindaje avanzado diseñado para minimizar el ruido de fondo y detectar interacciones potenciales con la materia oscura ligera. Los investigadores se inspiraron en la idea de que los reactores nucleares, que emiten una abundancia de fotones de alta energía, podrían proporcionar un entorno natural para probar nuevas teorías sobre la materia oscura. Uno de los objetivos principales del experimento NEON es explorar las interacciones de la LDM con electrones, centrándose en partículas con masas comprendidas entre 1 keV/c2 y 1 MeV/c2.
En sus investigaciones, la colaboración NEON ha conseguido establecer nuevos límites sobre la fuerza de interacción de la materia oscura ligera con electrones. Analizando 1.2 años de datos, los investigadores mejoraron previamente los límites de detección para partículas con masas alrededor de 100 keV/c2 en un factor de 1,000, y por primera vez, impusieron restricciones en masas por debajo de este rango.
A pesar de no haber detectado señales que pudieran vincularse a interacciones entre partículas de LDM y electrones, el equipo refinó las restricciones existentes sobre las propiedades de estas partículas hipotéticas, especialmente para masas inferiores a 100 keV/c2. Este avance es significativo, pues la colaboración NEON explora nuevas y desconocidas áreas de masa para estas partículas que anteriormente resultaban inaccesibles.
El reactor de Hanbit, al generar fotones de alta energía, tiene el potencial de convertirlos en fotones oscuros, partículas hipotéticas que se espera interactúen débilmente con la materia ordinaria. Estos fotones oscuros podrían descomponerse en LDM, haciendo que la detección de interacciones requiera un detector altamente sensible. La colaboración NEON ha demostrado la viabilidad de utilizar un reactor nuclear como fuente de fotones de alta energía y entorno controlado para experimentar en la búsqueda de materia oscura.
Los investigadores planean continuar ampliando su investigación, aumentando la sensibilidad del detector y reduciendo el umbral de energía de su análisis para explorar partículas de materia oscura aún más ligeras y con fuerzas de interacción más débiles. Este enfoque no solo complementa las búsquedas basadas en aceleradores y cosmología, sino que también podría informar otras investigaciones sobre LDM a nivel mundial.
