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La materia oscura no brilla ni refleja la luz, pero su presencia se delata por efectos gravitatorios. Para atrapar al menos una partícula, los físicos construyen detectores parecidos a habitaciones muy silenciosas: en su interior hay cristales que destellan cuando una partícula incide en ellos. Pero el destello es débil y, si la luz se pierde por el camino, la señal puede pasar desapercibida.

En el montaje COSINE-100U, los cristales de yoduro de sodio han aprendido a recolectar mejor la luz. Antes, entre el cristal y el fotomultiplicador —el dispositivo que convierte la luz en señal eléctrica— había ventanas de cuarzo. La luz atravesaba varias superficies y se reflejaba parcialmente. Ahora se han eliminado las ventanas y los fotomultiplicadores se han pegado a los extremos de los cristales mediante finas almohadillas de silicona de 2 milímetros de grosor. A los cristales grandes se les han biselado los bordes para que la luz, como por un canal, fluya hacia los sensores. Como resultado, los ocho cristales producen más luz: hasta 27,7 fotoelectrones por kiloelectronvoltio, cuando antes eran unos 15.

Esto no es un simple capricho técnico. Cuanto más brillante es el destello, más fácil resulta distinguir una señal real de materia oscura del ruido aleatorio. Además, el nuevo diseño ha reducido el fondo de contaminaciones radiactivas en la superficie de los cristales. Dos cristales que antes no servían para el análisis por su mala luz han vuelto a estar operativos. Las pruebas han demostrado que el nuevo encapsulado resiste una larga inmersión en centelleador líquido a baja temperatura, unas condiciones duras propias del laboratorio subterráneo.

Así, el detector renovado se prepara para la prueba principal. El grupo DAMA/LIBRA lleva años informando de misteriosas oscilaciones estacionales en la señal que podrían explicarse por la materia oscura. COSINE-100U, con cristales más brillantes y limpios, podrá por fin confirmar o refutar esa observación.

Resumen original

tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2608.11678v1

The COSINE-100 experiment was designed to test the DAMA/LIBRA annual-modulation claim using low-background NaI(Tl) detectors. For the COSINE-100U upgrade, we developed a new crystal-encapsulation system to increase light-collection efficiency while preserving long-term detector stability, thereby improving sensitivity to low-mass dark matter. The upgraded design eliminates the quartz optical windows used in COSINE-100 and directly couples the photomultiplier tubes (PMTs) to the crystal end faces through 2-mm-thick silicone optical pads, thereby reducing the number of optical interfaces. For the larger crystals, the crystal edges were beveled to guide scintillation light more efficiently onto 3-inch high-quantum-efficiency PMTs. The performance study uses 2462~h (102.6~days) of room-temperature COSINE-100U data and, for direct background comparisons, reference COSINE-100 data acquired near the end of operation. 698~h (29.1~days) of COSINE-100 data acquired near the end of operation in March 2023. All eight crystals showed higher light yields than in COSINE-100, with values ranging from 15.8 to 27.7~p.e./keV; six crystals exceeded 20~p.e./keV. The measured bulk-$$\alpha$$ rates were lower than the COSINE-100 values and consistent with the expected time evolution of internal $$^{210}$$Pb, while the 1--2-MeV surface-$$\alpha$$ rates were substantially reduced. The upgrade also restored two crystals that had previously been excluded from the COSINE-100 physics analysis because of poor optical performance. Independent validation tests demonstrated that the encapsulation remains mechanically robust and optically stable during long-term immersion in liquid scintillator at low temperature. This paper presents the encapsulation design, the room-temperature detector performance, and the reduction in surface-related backgrounds achieved at the Yemilab facility.