Un equipo internacional de científicos que incluye a la Universidad de California, Riverside, el físico Hai-Bo Yu ha impuesto condiciones sobre cómo la materia oscura puede interactuar con la materia ordinaria, restricciones que pueden ayudar a identificar la esquiva partícula de materia oscura y detectarla en la Tierra.
Se entiende que la materia oscura, material no luminoso en el espacio, constituye el 85 por ciento de la materia en el universo. A diferencia de la materia normal, no absorbe, refleja o emite luz, lo que dificulta su detección.
Los físicos están seguros de que existe cierta materia oscura, habiendo inferido esta existencia a partir del efecto gravitacional que tiene la materia oscura sobre la materia visible. De lo que están menos seguros es de cómo la materia oscura interactúa con la materia ordinaria, o incluso si lo hace.
En la búsqueda de detección directa de materia oscura, el foco experimental ha estado en WIMP, o partículas masivas que interactúan débilmente, las partículas hipotéticas que se cree que forman la materia oscura.
Pero el equipo de investigación internacional de Yu invoca una teoría diferente para desafiar el paradigma WIMP: el modelo de materia oscura autointeractiva, o SIDM, un marco bien motivado que puede explicar el rango completo de diversidad observado en las curvas de rotación galáctica.en 2000 por un par de eminentes astrofísicos, SIDM ha recuperado popularidad en las comunidades de física de partículas y astrofísica desde alrededor de 2009, ayudado, en parte, por el trabajo que hicieron Yu y sus colaboradores.
Yu, un teórico del Departamento de Física y Astronomía de la UCR, y Yong Yang, un experimentalista de la Universidad Jiaotong de Shanghai en China, codirigieron el equipo analizando e interpretando los últimos datos recopilados en 2016 y 2017 en PandaX-II,un experimento de detección directa de materia oscura basado en xenón en China PandaX se refiere al detector de partículas y astrofísico de xenón; PandaX-II se refiere al experimento. Si una partícula de materia oscura colisionara con el xenón licuado de PandaX-II, el resultado sería dos señales simultáneas: uno de fotones y el otro de electrones.
Yu explicó que PandaX-II asume que la materia oscura "habla" con la materia normal, es decir, interactúa con protones y neutrones, por otros medios que no sean la interacción gravitacional solo la interacción gravitacional no es suficiente. Los investigadores luego buscan unseñal que identifica esta interacción. Además, la colaboración PandaX-II supone que la "partícula mediadora", que media las interacciones entre la materia oscura y la materia normal, tiene mucha menos masa que la partícula mediadora en el paradigma WIMP.
"El paradigma WIMP asume que esta partícula mediadora es muy pesada, de 100 a 1000 veces la masa de un protón, o aproximadamente la masa de la partícula de materia oscura", dijo Yu. "Este paradigma ha dominado el campo por más de30 años. En las observaciones astrofísicas, sin embargo, no vemos todas sus predicciones. El modelo SIDM, por otro lado, supone que la partícula mediadora es aproximadamente 0.001 veces la masa de la partícula de materia oscura, inferida de las observaciones astrofísicas de enanosgalaxias a cúmulos de galaxias. La presencia de un mediador de luz de este tipo podría llevar a la firma directa de SIDM en la detección directa de la materia oscura, como sugerimos en un artículo teórico anterior. Ahora, creemos que PandaX-II, uno de los más sensibles del mundolos experimentos de detección directa están listos para validar el modelo SIDM cuando se detecta una partícula de materia oscura "
El equipo internacional de investigadores informa el 12 de julio en Cartas de revisión física el límite más fuerte en la fuerza de interacción entre la materia oscura y la materia visible con un mediador claro. La revista ha seleccionado el trabajo de investigación como un punto culminante, un honor significativo.
"Esta es una restricción de la física de partículas en una teoría que se ha utilizado para comprender las propiedades astrofísicas de la materia oscura", dijo Flip Tanedo, un experto en materia oscura de la UCR, que no participó en la investigación. "El estudio destaca el complementoformas en que se necesitan experimentos muy diferentes para buscar materia oscura. También muestra por qué la física teórica desempeña un papel crítico para traducir entre estos diferentes tipos de búsquedas. El estudio de Hai-Bo Yu y sus colegas interpreta nuevos datos experimentales en términos deun marco que facilita la conexión con otros tipos de experimentos, especialmente observaciones astrofísicas, y una gama mucho más amplia de teorías ".
PandaX-II se encuentra en el Laboratorio Subterráneo China Jinping, provincia de Sichuan, donde abundan los pandas. El laboratorio es el laboratorio subterráneo más profundo del mundo. PandaX-II había generado el mayor conjunto de datos para la detección de materia oscura cuando se realizó el análisisPandaX-II, uno de los tres experimentos de detección directa de materia oscura basados en xenón en el mundo, es una de las instalaciones fronterizas para buscar eventos extremadamente raros donde los científicos esperan observar una partícula de materia oscura que interactúa con la materia ordinaria y así comprender mejorpropiedades fundamentales de partículas de la materia oscura.
Los intentos de los físicos de partículas para comprender la materia oscura aún no han arrojado pruebas definitivas de la materia oscura en el laboratorio.
"El descubrimiento de una partícula de materia oscura que interactúa con la materia ordinaria es uno de los santos griales de la física moderna y representa la mejor esperanza para comprender las propiedades fundamentales de las partículas de la materia oscura", dijo Tanedo.
Durante la última década, Yu, un experto mundial en SIDM, ha liderado un esfuerzo para unir la física y la cosmología de las partículas buscando formas de comprender las propiedades de las partículas de la materia oscura a partir de datos astrofísicos. Él y sus colaboradores han descubierto una clase de materia oscurateorías con una nueva fuerza oscura que puede explicar características inesperadas que se ven en los sistemas en un amplio rango, desde galaxias enanas hasta cúmulos de galaxias. Más importante aún, este nuevo marco SIDM sirve como una muleta para que los físicos de partículas conviertan datos astronómicos en parámetros de física de partículas.modelos de materia oscura. De esta manera, el marco SIDM es un traductor para que dos comunidades científicas diferentes comprendan los resultados de cada uno.
Ahora con la colaboración experimental PandaX-II, Yu ha demostrado cómo se pueden distinguir las teorías de la materia oscura que interactúan entre sí en el experimento PandaX-II.
"Antes de esta línea de trabajo, este tipo de experimentos de materia oscura basados en laboratorio se enfocaban principalmente en candidatos de materia oscura que no tenían auto-interacciones", dijo Tanedo. "Este trabajo ha mostrado cómo las fuerzas oscuras afectan las señales de laboratorio demateria oscura."
Yu señaló que este es el primer resultado de detección directa para SIDM informado por una colaboración experimental.
"Con más datos, continuaremos investigando las interacciones de la materia oscura con un mediador de luz y la naturaleza auto interactiva de la materia oscura", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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