Nanosferas levitantes captan los golpes de la materia oscura ✛

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Una esfera de silicio de 166 nanómetros de diámetro flota en el haz de un láser infrarrojo. La presión es inferior a 10⁻⁸ mbar, y la temperatura de movimiento ronda los 10 milikelvin. Esto es más frío que la radiación cósmica de fondo. La esfera es un sismógrafo microscópico que detecta los golpes cuánticos de partículas invisibles.

Cada impacto de una partícula de materia oscura transmite un impulso a la esfera. La esfera se estremece. Su posición se rastrea mediante la luz dispersada con una precisión limitada por las fluctuaciones cuánticas. La sensibilidad alcanzó los 65 keV/c, apenas 2,7 veces peor que el límite cuántico estándar para este oscilador. Es como oír los pasos de un ratón al otro extremo de un puente.

En 26,1 días se acumularon eventos con amplitudes de 1 a 4 MeV/c. Su origen no está claro. Un análisis conservador los trató como posible señal o fondo. Como resultado, se establecieron límites superiores a la fuerza de acoplamiento de la materia oscura con los neutrones: para materia oscura virializada, hasta 10⁻⁷ para una masa de 1 GeV/c²; para la termalizada, restricciones para masas superiores a 10³ GeV/c². Para materia oscura compuesta con una masa de constituyente de 1 keV/c², los límites a la sección eficaz de dispersión con el neutrón son dos órdenes de magnitud más estrictos que los de los experimentos de quinta fuerza y enfriamiento estelar.

El método abre el camino a conjuntos de nanosferas. Una red de 10×10 mejoraría la sensibilidad en varios órdenes de magnitud. La medición tridimensional del impulso permitiría reconstruir la dirección de retroceso y usar la modulación diaria para confirmar el origen galáctico de la señal. También sería posible detectar neutrinos individuales emitidos en desintegraciones radiactivas dentro de la esfera. El sismógrafo se convierte en telescopio.