El experimento de materia oscura de xenón subterráneo grande LUX ya ha demostrado ser el detector de materia oscura más sensible del mundo. Ahora, un nuevo conjunto de técnicas de calibración empleadas por los científicos de LUX ha mejorado una vez más su sensibilidad.
Los investigadores de LUX, que opera a casi una milla bajo tierra en una antigua mina de oro en Black Hills de Dakota del Sur, están buscando WIMP. Estas partículas masivas que interactúan débilmente se encuentran entre los principales candidatos para la materia oscura.
"Hemos avanzado mucho en el estado del arte al demostrar cómo nuestros detectores responden a la materia oscura", dijo el profesor de física de UC Santa Barbara Harry Nelson, quien ha trabajado en LUX desde 2010. "Hemos demostrado que el detector LUX es20 veces más sensible que las primeras estimaciones simples indicadas "
La última investigación, que aparece en la revista Cartas de revisión física , vuelve a examinar los datos recopilados en 2013 durante los primeros tres meses de LUX. Su análisis de datos ayuda a descartar la posibilidad de detecciones de materia oscura en rangos de baja masa donde otros experimentos habían informado previamente posibles detecciones.
La nueva técnica de calibración, que consiste en un haz de neutrones establecido justo al lado del detector LUX, usa neutrones como sustitutos de partículas de materia oscura. Se cree que la naturaleza de la interacción entre neutrones y átomos de xenón es muy similara la interacción entre la materia oscura y el xenón.
El rebote de neutrones de los átomos de xenón permitió a los científicos cuantificar cómo responde el detector LUX al proceso de retroceso. La investigadora postdoctoral de física de UCSB Carmen Carmona-Benítez ayudó a liderar el equipo que realizó las nuevas calibraciones y analizó porciones de los datos. Ella comparó el procesoa un juego atómico de billar, con un neutrón como bola blanca y los átomos de xenón como rayas y sólidos.
"Podemos rastrear el neutrón para deducir los detalles del retroceso de xenón y calibrar la respuesta de LUX mejor que cualquier cosa posible anteriormente", explicó Carmona-Benítez. "Esta técnica calibra el detector a la señal de materia oscura que esperamos ver eventualmente, y esta es la primera vez que se hace a gran escala "
Se cree que la materia oscura es la forma dominante de materia en el universo. Los científicos confían en su existencia porque los efectos de su gravedad se pueden ver en la rotación de las galaxias y en la forma en que la luz se dobla a medida que viaja a través del universo.Debido a que se cree que los WIMP interactúan con otra materia solo en muy raras ocasiones, aún no se han detectado directamente.
LUX consiste en un tercio de una tonelada de xenón líquido rodeado de detectores de luz sensibles. Está diseñado para identificar las muy raras ocasiones en que una partícula de materia oscura colisiona con un átomo de xenón dentro del detector. Cuando ocurre una colisión, el átomo de xenónretrocederá y emitirá un pequeño destello de luz, que es detectado por los sensores de luz de LUX. La ubicación del detector en el Centro de Investigación Subterránea Sanford de una milla de profundidad ayuda a protegerlo de los rayos cósmicos y otras radiaciones que podrían interferir con una señal de materia oscura.
Las mejoras LUX, junto con las simulaciones avanzadas por computadora en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Centro de Computación y Visualización de la Universidad de Brown, han permitido a los científicos probar modelos de partículas adicionales de materia oscura que ahora se pueden excluir de la búsquedaLa última ejecución comenzó a fines de 2014 y se espera que continúe hasta junio de 2016. Esta ejecución representará un aumento de la exposición de más de cuatro veces en comparación con la de 2013.
La planificación para el experimento de materia oscura de próxima generación en Sanford Lab ya está en marcha. A finales de 2016, LUX será desmantelado para dar paso a un nuevo detector de xenón mucho más grande, conocido como el experimento LUX-ZEPLIN LZ. Comparadopara un tercio de tonelada de xenón líquido de LUX, LZ tiene un objetivo de xenón líquido de 10 toneladas, que cabe dentro del mismo tanque de agua pura de 72,000 galones que LUX usa.
"Las innovaciones del experimento LUX forman la base del experimento LZ, que se planea lograr más de 100 veces la sensibilidad de LUX", dijo Nelson, quien es el portavoz de LZ. "El experimento LZ es tan sensible quedebería comenzar a detectar un tipo de neutrino que se origina en el sol, que incluso el experimento ganador del premio Nobel de Ray Davis en el mismo lugar no pudo detectar ".
La colaboración científica LUX, que cuenta con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. Y la National Science Foundation, incluye 19 universidades de investigación y laboratorios nacionales en los Estados Unidos, el Reino Unido y Portugal. Además de Nelson y Carmona-Benítez, elEl equipo LUX en UCSB está formado por el físico Michael Witherell, los ingenieros de desarrollo senior Susanne Kyre y Dean White y los estudiantes graduados Scott Haselschwardt, Curt Nehrkorn y Melih Solmaz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Julie Cohen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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