¿Se está creando materia oscura en aceleradores de partículas?

Trabajando en el detector ATLAS del LHC en el CERN, el equipo de Kar y Sukanya Sinha (ahora en la Universidad de Manchester en el Reino Unido), ideó una nueva forma de buscar materia oscura aprovechando dicho detector.

En las últimas décadas, se han llevado a cabo numerosas búsquedas de materia oscura en aceleradores de partículas, hasta ahora centradas en las hipotéticas partículas masivas de interacción débil denominadas WIMPs.

Las WIMPs son una clase de partículas que, según algunas hipótesis, podrían explicar la materia oscura, ya que no absorben ni emiten luz y no interactúan fuertemente con otras partículas. Sin embargo, como hasta ahora no se han encontrado pruebas de la existencia de estas partículas, parece que la búsqueda de materia oscura necesita un cambio de enfoque.

Aquí se encuadra la pregunta de si se generan partículas de materia oscura dentro de un chorro de partículas "normales" creado por la energía de una colisión provocada en un acelerador de partículas como el LHC. Esto condujo a la exploración de la posibilidad de usar una nueva “firma” (o “huella”) que podría ser recogida por el ATLAS y que, en teoría, demostraría el paso de materia oscura. Las huellas de este tipo se denominan “chorros semivisibles”.

Las colisiones de protones a alta energía a menudo dan lugar a la producción de un conjunto de partículas, recogidas en chorros, procedentes de la desintegración de quarks o gluones ordinarios. Los chorros semivisibles surgirían cuando los hipotéticos quarks oscuros se desintegrase, dando lugar parcialmente a quarks del Modelo Estándar (partículas conocidas) y parcialmente a hadrones oscuros estables (la "fracción invisible"). Dado que se producen en parejas, normalmente junto con otros chorros del Modelo Estándar, el desequilibrio de energía o la energía faltante en el detector surge cuando todos los chorros no están totalmente equilibrados. La dirección de la energía faltante suele estar alineada con uno de los chorros semivisibles.

Con suficientes mejoras a fin de evitar falsos positivos, la estrategia podría funcionar. En esto ha estado trabajando el equipo internacional de Kar y Sinha.

Kar, Sinha y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus últimas conclusiones en la revista académica Physics Letters B, bajo el título “Search for non-resonant production of semi-visible jets using Run 2 data in ATLAS”.