El experimento DAMA / LIBRA [1] es un experimento de detector de partículas diseñado para detectar materia oscura utilizando el enfoque de detección directa , utilizando una matriz de detectores de centelleo de 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. Se encuentra bajo tierra en el Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italia .
Es una continuación del experimento DAMA / NaI que observó una firma de modulación anual durante 7 ciclos anuales (1995-2002).
Detector
El detector está hecho de 25 cristales centelleantes de yoduro de sodio dopado con talio (NaI (Tl)) altamente radiopuros colocados en una matriz de 5 x 5. Cada cristal está acoplado a dos fotomultiplicadores de fondo bajo . Los detectores se colocan dentro de una caja de cobre sellada enjuagada con nitrógeno de alta pureza; Para reducir el fondo ambiental natural, la caja de cobre está rodeada por un escudo de varias toneladas de fondo bajo. Además, 1 m de hormigón, fabricado con el material rocoso del Gran Sasso, rodea casi por completo este escudo pasivo. La instalación cuenta con 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.
DAMA / LIBRA se actualizó en 2008 y en 2010. [2] 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 de DAMA / LIBRA está en toma de datos.
Operación y resultados
La recopilación de datos de la fase 1 de DAMA / LIBRA comenzó en septiembre de 2003. Los datos publicados de DAMA / LIBRA corresponden a 7 ciclos anuales. [3] Considerando estos datos junto con los de DAMA / NaI , se ha recopilado una exposición total (1,33 ton × año) durante 14 ciclos anuales. Este experimento ha confirmado además la presencia de un efecto de modulación anual independiente del modelo en los datos en un rango de 2-6 keV que satisface 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 cuantitativamente investigaciones cuidadosas sobre la ausencia de cualquier sistemática significativa o reacción secundaria en DAMA / LIBRA. [3] [4]
La evidencia independiente del modelo obtenida es compatible con un amplio conjunto de escenarios con respecto a la naturaleza del candidato de materia oscura y la física astrofísica y de partículas relacionada . [5] [6]
Interpretación y comparaciones
Los resultados se pueden comparar con la señal CoGeNT [7] [8] [9] [10] y otros límites de experimentos para evaluar interpretaciones como WIMP, [11] neutralino, [12] y otros modelos. Sin embargo, desde entonces se ha demostrado que la señal CoGeNT es el resultado de un fondo no contabilizado 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).
La colaboración COSINE-100 ha estado trabajando en Corea para confirmar o refutar la señal DAMA. Están utilizando una configuración experimental similar a DAMA (cristales de NaI (Tl)). Publicaron sus resultados en diciembre de 2018 en la revista Nature; su resultado descarta las interacciones WIMP-nucleón independientes de espín como la causa de la modulación anual observada por la colaboración DAMA. [13]
En 2021, el detector de partículas ANAIS no pudo replicar los resultados de los experimentos DAMA después de 3 años de recopilación de datos. [14]
Se señaló que una posible explicación de la modulación informada se originó en el procedimiento de análisis de datos. Una sustracción anual del componente constante puede dar lugar a un residuo de diente de sierra en presencia de una dependencia del tiempo más lenta. [15]
SABLE
La crítica obvia a la variación estacional de 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 los cambios de temperatura y otros efectos de la luz solar directa, hay fluctuaciones anuales de humedad y otros efectos no obvios. Por el momento, todas estas críticas son tenidas en cuenta por la colaboración de DAMA en el análisis de los datos experimentales y han sido excluidas, como se comenta en los resultados publicados. Una repetición de este experimento en el hemisferio sur con la variación de fase con DAMA / LIBRA descartaría esta objeción; si, por otro lado, se detectara variación en el hemisferio sur 6 meses desfasada con DAMA / LIBRA, entonces se mantendría la objeción de variación estacional.
Se están construyendo versiones mejoradas de DAMA / LIBRA, denominadas SABRE ( yoduro de sodio con rechazo de fondo activo ) en dos lugares. Uno está en LNGS, y el otro está en Australia en el Laboratorio de Física Subterráneo de Stawell , [16] un laboratorio que se está construyendo a 1025 m por debajo de la superficie en una mina de oro en Stawell, Victoria . Se esperan los primeros resultados en 2017. [17]
La construcción del Laboratorio de Física Subterránea de Stawell (SUPL) se detuvo por el cierre de su mina anfitriona en 2016. La construcción se reinició alrededor de un año después y SUPL, a partir de octubre de 2019, está bien financiado con la ayuda del gobierno australiano.
Referencias
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( ayuda ) - ^ D. Buttazzo; et al. (2020). "Modulaciones anuales de variaciones seculares: ¿relajante DAMA?". Revista de Física de Altas Energías . 2020 (4): 137. arXiv : 2002.00459 . Código Bib : 2020JHEP ... 04..137B . doi : 10.1007 / JHEP04 (2020) 137 . S2CID 211010848 .
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- ^ "Materia oscura: una perspectiva del hemisferio sur" .
enlaces externos
- El proyecto DAMA