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métodos de detección de materia oscura

Técnicas e instrumentos experimentales diseñados para observar o capturar partículas de materia oscura.
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Descripción

Los métodos de detección de materia oscura son estrategias experimentales diseñadas para observar o capturar partículas de materia oscura, que se hipotetiza que constituyen aproximadamente el 27% del contenido de masa-energía del universo. A pesar de la abrumadora evidencia gravitacional de la materia oscura, su naturaleza de partícula sigue siendo desconocida. Los métodos de detección se dividen en tres categorías amplias: detección directa (búsqueda de dispersión de materia oscura con materia ordinaria en detectores subterráneos), detección indirecta (búsqueda de productos de aniquilación o desintegración como rayos gamma, neutrinos o rayos cósmicos) y producción en colisionadores (intento de crear partículas de materia oscura en colisiones de partículas de alta energía).

Historia

El concepto de materia oscura fue propuesto por Fritz Zwicky en 1933, y los primeros experimentos de detección directa comenzaron en la década de 1980. El campo ha crecido significativamente desde la década de 2000 con el desarrollo de detectores de líquido noble a gran escala y telescopios de rayos gamma espaciales.

Cómo funciona

Los experimentos de detección directa, como XENON1T y LUX-ZEPLIN, utilizan grandes volúmenes de xenón líquido ultrapuro u otros materiales, colocados en lo profundo del subsuelo para protegerse de los rayos cósmicos. Buscan pequeños retrocesos nucleares causados por partículas de materia oscura (típicamente partículas masivas de interacción débil, o WIMPs) que se dispersan con los núcleos atómicos. La detección indirecta utiliza telescopios como Fermi-LAT o CTA para buscar excesos de rayos gamma en regiones de alta densidad de materia oscura, como el centro galáctico o galaxias enanas. Los experimentos de colisionador en el LHC buscan firmas de energía transversal faltante que indicarían partículas de materia oscura que escapan del detector.

En la práctica

Estos métodos se utilizan para buscar partículas de materia oscura, y aunque no se ha realizado una detección definitiva, imponen fuertes restricciones sobre las propiedades de la materia oscura y guían los modelos teóricos. Las técnicas también tienen aplicaciones en la detección de neutrinos y en la búsqueda de eventos raros.

Dato curioso

El experimento DAMA/LIBRA ha afirmado observar una señal de modulación anual consistente con la materia oscura durante más de 20 años, pero este resultado sigue siendo controvertido porque otros experimentos no lo han confirmado.

Concept graph →

Fórmulas

$$P(r) = \frac{\int_{r}^{r_c} \frac{du}{u^2 \sqrt{f(u)}}}{\int_{r_H}^{r_c} \frac{du}{u^2 \sqrt{f(u)}}}$$
Probability of particle capture between two horizons via metric integrals.
Qué hay en la fórmula
P(r)variablecapture probability at radius r — probabilidad
rvariableradial coordinate — radio metre
r_cvariableouter horizon radius — radio metre
r_Hvariableinner horizon radius — radio metre
uvariableintegration variable — radio metre
f(u)variablemetric function — metric function
∫operadorcomputes the area under the curve of the integrand — operador integral
√operadorcomputes the principal square root — raíz cuadrada
p_h(r)=\frac{\int_r^{r_c}\frac{du}{u^2\sqrt{f(u)}}}{\int_{r_h}^{r_c}\frac{du}{u^2\sqrt{f(u)}}} · 2607.14626

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