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Simulador de detector de materia oscura

Busca partículas invisibles en un laboratorio subterráneo virtual

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¿Qué es la detección de materia oscura?

La materia oscura constituye el 85% de toda la masa del universo, pero es completamente invisible. Los detectores enterrados profundamente bajo tierra usan xenón líquido para captar el momento increíblemente raro en que una partícula de materia oscura choca con un átomo ordinario — como sentir un viento cósmico invisible.

¿Por qué importa? Comprender la materia oscura revolucionaría la física y revelaría la estructura oculta de nuestro universo. El experimento LZ — el detector más sensible del mundo — es 3 millones de veces más sensible que los primeros detectores.

🎯 Consejos del simulador

📚 Glosario

WIMP
Partícula masiva de interacción débil: un candidato teórico líder para la materia oscura. Los WIMP tendrían una masa comparable a la de los átomos pesados, pero interactuarían sólo a través de la gravedad y la fuerza nuclear débil, lo que los haría extremadamente difíciles de detectar.
Liquid Xenon TPC
Cámara de proyección del tiempo llena de xenón líquido ultrapuro. Cuando una partícula interactúa con el xenón, produce luz (centelleo) y electrones libres, lo que permite la reconstrucción 3D de la ubicación y la energía del evento.
Nuclear Recoil
El rebote de un núcleo atómico después de ser golpeado por una partícula entrante. Las búsquedas de materia oscura buscan núcleos de xenón que retroceden ante las colisiones WIMP, que producen señales de luz y carga características.
CEvNS
Dispersión elástica coherente de neutrinos-núcleos: un proceso en el que un neutrino interactúa con un núcleo atómico completo en lugar de con nucleones individuales. Observado por primera vez en 2017, crea señales que pueden imitar la materia oscura.
Neutrino Fog
El fondo de señales de neutrinos (especialmente de neutrinos solares) que se vuelve indistinguible de posibles señales de materia oscura a energías muy bajas, creando un piso de sensibilidad fundamental para los detectores.
Cross Section
Una medida de la probabilidad de que dos partículas interactúen. En física de la materia oscura, cuantifica la probabilidad de que un WIMP se disperse de un núcleo. Medido en centímetros cuadrados (cm²) o picobarns.
Background Events
Interacciones no relacionadas con la materia oscura que pueden imitar una señal WIMP, incluidos los rayos cósmicos, la desintegración radiactiva de los materiales del detector y las interacciones de neutrinos. Reducir los fondos es clave para la sensibilidad del detector.
Scintillation
La emisión de luz cuando una partícula deposita energía en un material. En los detectores de xenón líquido, se registran tanto el destello inicial (S1) como una señal retardada de los electrones a la deriva (S2).
Fiducial Volume
La región interna del detector donde las mediciones son más confiables, alejada de los bordes donde la radiación de fondo de las paredes del detector es mayor.
Discrimination
La capacidad de distinguir los retrocesos nucleares (potenciales señales de materia oscura) de los retrocesos de los electrones (fondos) en función de la relación entre la luz y las señales de carga.
GeV/c²
Gigaelectronvoltio dividido por la velocidad de la luz al cuadrado, una unidad de masa utilizada en física de partículas. Un protón tiene una masa de aproximadamente 0,938 GeV/c². Se supone que los WIMP oscilan entre unos pocos GeV/c² y varios TeV/c².
SURF
Instalación de investigación subterránea de Sanford: ubicada en Lead, Dakota del Sur, a casi una milla (1478 m) bajo tierra en la antigua mina de oro Homestake. Alberga el experimento LZ.

🏆 Figuras clave

Fritz Zwicky (1933)

Propuso por primera vez la existencia de materia oscura (dunkle Materie) en 1933 basándose en observaciones del cúmulo de galaxias de Coma.

Vera Rubin (1970s)

Proporcionó evidencia convincente de la materia oscura a través de mediciones detalladas de las curvas de rotación de las galaxias que muestran que las estrellas orbitan más rápido de lo que la materia visible por sí sola podría explicar.

Rick Gaitskell (2022-present)

Portavoz del experimento LZ en la Universidad de Brown, dirigió la colaboración que logró una mejora de 3 millones de veces en la sensibilidad del detector a lo largo de su carrera.

Chamkaur Ghag (2024)

Portavoz internacional de LZ con sede en UCL, dirigió aspectos clave del análisis de búsqueda WIMP y el desarrollo del detector.

Ray Davis Jr. (1968)

Físico de neutrinos ganador del Premio Nobel cuyo experimento Homestake de décadas de duración en la misma caverna de Dakota del Sur ahora alberga LZ

Dan McKinsey (2012)

Cofundó el experimento LZ y fue pionero en la tecnología de detectores de xenón líquido en UC Berkeley/Lawrence Berkeley National Laboratory.

Hugh Lippincott (2024-2025)

Físico experimental de la UCSB y colaborador clave de LZ que ayudó a establecer límites en las propiedades de la materia oscura WIMP

🎓 Recursos de aprendizaje

💬 Mensaje a los estudiantes

La materia oscura es uno de los mayores misterios de la ciencia: sabemos que está dando forma al universo, pero nunca la hemos captado directamente. Cada resultado nulo de experimentos como LZ no es un fracaso; es un paso más hacia la comprensión de qué es realmente la materia oscura. El detector que estás simulando representa décadas de ingenio humano y la colaboración de 250 científicos de 37 instituciones. Quizás te inspires para unirte a la próxima generación de cazadores de materia oscura. Recuerde: el universo es en su mayor parte invisible y descubrir lo que se esconde en la oscuridad podría remodelar todo lo que sabemos sobre la realidad.

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