Un trabajo del Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (CAPA-Unizar) establece el límite más restrictivo refutando la señal del experimento DAMA/LIBRA, el único que hasta la fecha dice haber detectado una señal de la materia oscura galáctica
El nuevo resultado, de gran trascendencia y publicado en Physical Review Letters, representa la culminación de dos décadas de trabajo de los científicos de la Universidad de Zaragoza
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/ntnl-zrn9
Si los primeros resultados del experimento ANAIS de la Universidad de Zaragoza en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc publicados en 2019 ponían en duda los indicios de la existencia de materia oscura obtenidos por el experimento italiano DAMA/LIBRA, los nuevos resultados correspondientes a 6 años de datos los refutan. Así se desprende del nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto Universitario de Investigación Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (IUI CAPA) de la Universidad de Zaragoza, y coordinado por María Luisa Sarsa Sarsa y María Martínez Pérez, codirectoras del experimento ANAIS.
Este nuevo resultado, publicado el 28 de julio por la prestigiosa revista científica Physical Review Letters, es de gran trascendencia y con un alto impacto en el ámbito de la física de astropartículas, y representa la culminación de dos décadas de trabajo de los científicos de la Universidad de Zaragoza. Paralelamente, los resultados han sido presentados por María Martínez este mismo mes de agosto en dos importantes congresos internacionales, SUSY 2025 en California, Estados Unidos y TAUP 2025 en Sichuan, China.
Durante más de dos décadas, el experimento DAMA/LIBRA, ubicado en el Laboratorio del Gran Sasso en Italia, ha afirmado detectar la materia oscura galáctica mediante la observación de una modulación anual en las tasas de detección de sus 250 kg de detectores de yoduro de sodio. Esta modulación podría atribuirse al viento de materia oscura causado por el cambio en la velocidad relativa entre la Tierra (y los detectores ubicados en ella) y las partículas de materia oscura distribuidas en el halo galáctico, debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol con un período de un año.
La naturaleza de la materia oscura es uno de los mayores enigmas que afrontan hoy en día la Cosmología, la Física de Partículas y la Astrofísica. No se puede explicar con ninguna de las partículas que constituyen el modelo estándar de la Física de Partículas, requiriendo la existencia de nuevas partículas hipotéticas en el marco de extensiones de dicho modelo estándar, como pueden ser los WIMPs: partículas masivas que interaccionan débilmente.
Pese a los grandes esfuerzos experimentales realizados en el contexto internacional, no se ha podido detectar de forma directa esta materia oscura. Solo el experimento DAMA/LIBRA mantiene una señal que no ha sido confirmada por ningún otro experimento, pero tampoco refutada porque la comparación es dependiente del modelo de partícula considerado y de la distribución de las partículas en el halo de nuestra galaxia.
Por primera vez, un experimento independiente, ANAIS-112, en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, en España, utilizando detectores similares de yoduro de sodio, y tras analizar seis años de datos, proporciona resultados altamente significativos (por encima del nivel de cuatro sigmas) incompatibles con los de DAMA/LIBRA de manera independiente de los modelos de partícula y halo al utilizar el mismo material como detector, el yoduro de sodio.
“La señal observada por DAMA/LIBRA es totalmente compatible con la que se espera que produjeran partículas de materia oscura distribuidas en el halo de nuestra galaxia. Este resultado podría haber sido una puerta hacia nuevas teorías, fuera de los marcos establecidos. Que otro experimento utilizando el mismo material como detector no observe nada descarta la interpretación en términos de materia oscura. Sin embargo, entender la observación de DAMA/LIBRA está todavía lejos de haberse conseguido. A fecha de hoy no hay ninguna explicación convincente del resultado”, apuntan María Luisa Sarsa Sarsa y María Martínez Pérez, profesoras en el área de Física Atómica, Molecular y Nuclear del Dpto. de Física Teórica, e investigadoras del Grupo de Física Nuclear y Astropartículas, adscritas al IUI CAPA-Unizar.
“Estamos colaborando con investigadores italianos, americanos, coreanos y australianos con el objetivo de entender la observación de DAMA/LIBRA”, puntualizan las codirectoras del experimento ANAIS. “El experimento DAMA/LIBRA ha dejado de tomar datos a finales de 2024 y estamos intentando que alguno de sus detectores pueda ser estudiado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc.”
ANAIS continúa tomando datos en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc con el objetivo de alcanzar una sensibilidad de cinco sigmas con el conjunto completo de datos que corresponderá a unos 8 años de tiempo efectivo de medida con sus 112.5 kg de masa de detección.
Iván Coarasa ha sido el responsable del análisis presentado en este artículo bajo la supervisión de María Martínez y María Luisa Sarsa. Eduardo García, Alfonso Ortiz de Solórzano y María Luisa Sarsa contribuyeron al diseño del experimento. Julio Amaré, Susana Cebrián, Alfonso Ortiz de Solórzano y María Luisa Sarsa contribuyeron al montaje del experimento. Julio Amaré, Jaime Apilluelo, Susana Cebrián, David Cintas, Iván Coarasa, María Martínez, Ysrael Ortigoza, Alfonso Ortiz de Solórzano, Tamara Pardo, Carmen Seoane y María Luisa Sarsa han contribuido a las tareas de calibración, operación y mantenimiento del experimento. María Martínez desarrolló las herramientas software para la toma de datos. Iván Coarasa, María Martínez y María Luisa Sarsa desarrollaron herramientas y algoritmos de análisis. Iván Coarasa, Eduardo García, María Martínez, Jorge Puimedón y María Luisa Sarsa analizaron los datos. Susana Cebrián y Tamara Pardo desarrollaron las simulaciones del fondo. Eduardo García, Alfonso Ortiz de Solórzano y Jorge Puimedón realizaron medidas de radiopureza de materiales. Iván Coarasa, Eduardo García, María Martínez y Jorge Puimedón contribuyeron en las estimaciones de la sensibilidad del experimento.
En paralelo, en un trabajo conjunto con la colaboración internacional COSINE-100, se ha desarrollado un análisis combinado de datos parciales de los dos experimentos (ANAIS-112 y COSINE-100) correspondientes a tres años. Este análisis, también incompatible con la señal de modulación de DAMA/LIBRA, ha sido aceptado para su próxima publicación en la misma revista, Physical Review Letters. Este análisis combinado ha sido liderado por Sophia Hollick, estudiante de doctorado de la Universidad de Yale, que ha realizado una estancia de investigación en la Universidad de Zaragoza desde septiembre de 2023.
ANAIS-112 es un experimento propuesto y operado en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc por investigadores del Instituto Universitario de Investigación Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (IUI CAPA) de la Universidad de Zaragoza. El desarrollo en I+D de los detectores con la sensibilidad necesaria y la puesta a punto del experimento han requerido un esfuerzo de veinte años y han sido posibles gracias a la financiación de MICIU/AEI/10.13039/501100011033 (proyectos No. PID2022-138357NB-C21 y PID2019-104374GB-I00), Unión Europea NextGenerationEU/PRTR (AstroHEP) y Gobierno de Aragón.
