El experimento DAMA/LIBRA [1] es un experimento de detección de partículas diseñado para detectar materia oscura mediante el enfoque de detección directa , mediante el uso de una matriz de detectores de centelleo NaI(Tl) para detectar partículas de materia oscura en el halo galáctico . El experimento tiene como objetivo encontrar una modulación anual del número de eventos de detección, causada por la variación de la velocidad del detector en relación con el halo de materia oscura a medida que la Tierra orbita alrededor del Sol. Está ubicado bajo tierra en los Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italia .
Se trata de una continuación del experimento DAMA/NaI , en el que se observó una modulación anual durante siete ciclos anuales (1995-2002). El experimento fue propuesto por primera vez por el Dr. Pierluigi Belli, [ cita requerida ] que actualmente es el director de investigación del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia. [ cita requerida ]
Si bien DAMA/LIBRA ha publicado resultados interesantes, la validez de dichos resultados ha sido ampliamente cuestionada; no han hecho públicos sus datos ni sus prácticas, y sus métodos de reducción del ruido de fondo son tales que en realidad pueden explicar una gran parte de la modulación anual de la señal propuesta. [2] Otros dos estudios, que intentaron replicar el experimento DAMA/LIBRA (adhiriéndose a las prácticas actuales de publicación y disponibilidad de datos) utilizando el mismo método -COSINE -100 y ANAIS-112- no han mostrado evidencia de modulación anual. [3] [4] [5]
En 2020, se señaló que una posible explicación de la modulación reportada se origina en el procedimiento de análisis de datos. Una sustracción anual del componente constante puede dar lugar a un residuo en dientes de sierra en presencia de una dependencia temporal más lenta. [6]
El detector está formado por 25 cristales centelleantes de yoduro de sodio dopado con talio (NaI(Tl)) de alta pureza radioactiva colocados en una matriz de 5 x 5. Cada cristal está acoplado a dos fotomultiplicadores de bajo fondo . Los detectores están colocados dentro de una caja de cobre sellada llena de nitrógeno de alta pureza; para reducir el fondo ambiental natural, la caja de cobre está rodeada por un escudo pasivo de varias toneladas de bajo fondo. Además, 1 m de hormigón, fabricado a partir de material de roca del Gran Sasso, rodea casi por completo este escudo pasivo. La instalación tiene un sistema de sellado de 3 niveles que evita que el aire ambiental llegue a los detectores. Toda la instalación está climatizada y varios parámetros operativos se controlan y registran continuamente.
El DAMA/LIBRA se actualizó en 2008 y en 2010. [7] En particular, después de la actualización en 2010, el experimento entró en su fase 2, con un aumento de la sensibilidad de la configuración gracias a la reducción del umbral de energía. La fase 2 del DAMA/LIBRA está en proceso de recopilación de datos a partir de 2022.
La recopilación de datos de la fase 1 de DAMA/LIBRA comenzó en septiembre de 2003. Los datos publicados por DAMA/LIBRA corresponden a 7 ciclos anuales. [8] Considerando estos datos junto con los de DAMA/NaI , se ha recopilado una exposición total (1,33 ton × año) a lo largo de 14 ciclos anuales. Este experimento ha confirmado además la presencia de un efecto de modulación anual independiente del modelo en los datos en el rango de 2 a 6 keV que satisfacen todas las características esperadas para una señal de materia oscura con alta significación estadística.
Como se hizo anteriormente para DAMA/NaI, se han llevado a cabo investigaciones cuantitativas cuidadosas sobre la ausencia de cualquier reacción sistemática o secundaria significativa en DAMA/LIBRA. [8] [9]
La evidencia independiente del modelo obtenida es compatible con un amplio conjunto de escenarios relacionados con la naturaleza del candidato a materia oscura y la física astrofísica y de partículas relacionada . [10] [11]
A partir de 2021, el experimento DAMA/LIBRA continúa. [12]
Los resultados se pueden comparar con la señal CoGeNT [13] [14] [15] [16] y otros límites experimentales para evaluar interpretaciones como WIMPs , [17] neutralino , [18] y otros modelos. Sin embargo, desde entonces se ha demostrado que la señal CoGeNT es el resultado de un fondo no tenido en cuenta de los efectos de la superficie; después de tener en cuenta este fondo, se ha demostrado que la señal CoGeNT es compatible con resultados nulos (es decir, ninguna señal en absoluto).
La colaboración COSINE-100 ha estado trabajando en Corea para confirmar o refutar la señal DAMA. Están utilizando una configuración experimental similar a la de DAMA (cristales de NaI(Tl)). Publicaron sus resultados en diciembre de 2018 en la revista Nature; su resultado descarta las interacciones WIMP-nucleón independientes del espín como la causa de la modulación anual observada por la colaboración DAMA. [19]
En mayo de 2021, el detector de partículas ANAIS no logró replicar los resultados de los experimentos DAMA después de 3 años de recopilación de datos [20] y en noviembre, los nuevos resultados del experimento COSINE-100 después de 1,7 años de recopilación de datos tampoco lograron replicar la señal de DAMA. [21] [22]
Se señaló que una posible explicación de la modulación reportada se originaría a partir del procedimiento de análisis de datos. Una sustracción anual del componente constante puede dar lugar a un residuo en diente de sierra en presencia de una dependencia temporal más lenta, [6] sin embargo, un análisis posterior muestra que los datos de DAMA/LIBRA se explican mejor mediante una modulación de coseno en lugar de un diente de sierra. [23] Nueva información sobre esta hipótesis llegó en agosto de 2022 cuando COSINE-100 aplicó un método de análisis similar al utilizado por DAMA/LIBRA y encontró una modulación anual similar, sin embargo con "una fase de modulación que es casi opuesta a la observada por DAMA/LIBRA". [24]
La crítica obvia a la variación estacional de los eventos registrados en el experimento DAMA/LIBRA es que, de hecho, se debe a algún efecto puramente estacional no relacionado con los WIMP. Aunque la ubicación subterránea profunda minimiza las oscilaciones de temperatura y otros efectos de la luz solar directa, existen fluctuaciones anuales de humedad y otros efectos no obvios. En este momento, la colaboración DAMA tiene en cuenta todas estas críticas en el análisis de los datos experimentales y las ha excluido, como se analiza en los resultados publicados. Una repetición de este experimento en el hemisferio sur con la variación en fase con DAMA/LIBRA descartaría esta objeción; si, por otro lado, se detectara una variación en el hemisferio sur que estuviera seis meses fuera de fase con DAMA/LIBRA, entonces se mantendría la objeción de variación estacional.
Se planeó construir versiones mejoradas de DAMA/LIBRA, llamadas SABRE ( Sodium-iodide with Active Background REjection ), en dos lugares. Una en LNGS y la otra en Australia, en el Laboratorio de Física Subterránea de Stawell (SUPL), [25] un laboratorio que se está construyendo a 1025 m debajo de la superficie en una mina de oro en Stawell, Victoria . Se esperaban los primeros resultados en 2017. [26] La construcción del Laboratorio de Física Subterránea de Stawell (SUPL) se detuvo por el cierre de su mina anfitriona en 2016. La construcción se reanudó alrededor de un año después y en octubre de 2019 estaba en curso.
El laboratorio anfitrión, SUPL, se inauguró en agosto de 2022. Está previsto que el experimento SABRE se traslade de forma subterránea a SUPL durante los últimos meses de 2022 y está previsto que la recopilación de datos comience en 2023. [27]
{{cite journal}}: CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )