El IFT contribuye al experimento MIGDAL, que busca abrir una nueva vía para detectar materia oscura

• El grupo de materia oscura del IFT ha desarrollado uno de los detectores ópticos del experimento MIGDAL, crucial para interpretar correctamente los resultados de las búsquedas directas de este componente invisible del universo.

• Gracias al efecto Migdal sería posible detectar partículas de materia oscura con masas mucho menores que el límite actual, abriendo una ventana única por debajo del GeV.

El grupo de materia oscura del Instituto de Física Teórica (IFT UAM-CSIC) ha participado en el desarrollo de instrumentación para el experimento MIGDAL, una ambiciosa iniciativa internacional que pretende confirmar un nuevo método para poder buscar señales de materia oscura a través de un fenómeno aún no observado experimentalmente: el efecto Migdal.

Este experimento, que se lleva a cabo en el laboratorio RAL (Rutherford Appleton Laboratory) del Reino Unido, tiene el objetivo de medir este peculiar efecto, que podría revolucionar la sensibilidad de los detectores actuales y ampliar significativamente el rango de masas de partículas de materia oscura que se pueden estudiar.

“El efecto Migdal es una predicción de física atómica, pero hasta el momento nadie lo ha logrado observar”, explica Elías López Asamar, miembro del grupo de materia oscura del IFT. “Lo que queremos hacer es asegurarnos de que existe y que concuerda con las predicciones. Varios experimentos están intentando observarlo por primera vez, y nuestro experimento, que se llama precisamente MIGDAL, es uno de ellos”.

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Parte de la electrónica que formará parte del experimento MIGDAL de detección de materia oscura ha sido construida en el Laboratorio de Altas Energías de la UAM. /IFT.

¿Qué es el efecto Migdal?

Cuando una partícula neutra, como un neutrón o una hipotética partícula de materia oscura, atraviesa un átomo, puede interactuar con el núcleo y hacerlo retroceder. En este proceso, los electrones de la corteza pueden “quedarse atrás” momentáneamente y salir despedidos, generando una ionización indirecta del átomo. Esta señal podría ser más fácil de detectar que el retroceso nuclear puro, lo que permitiría observar señales que de otro modo quedarían debajo del umbral de energía de los detectores actuales.

“El efecto Migdal ofrece una ventana única para buscar materia oscura por debajo del GeV”, señala López Asamar. “Con este efecto podemos bajar el límite típico de detección de unos 5 GeV a valores por debajo de 500 MeV, o incluso menos”.

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Elías López Asamar, en el Laboratorio de Altas Energías de la UAM /Luis Barta.

Contribución del IFT: desarrollando detectores de alta sensibilidad

El experimento MIGDAL, instalado en el ISIS Neutron and Muon Source del Reino Unido, es una colaboración internacional que incluye instituciones de varios países, entre ellas el propio IFT y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).

El experimento MIGDAL consiste en un volumen de gas de aproximadamente 30 cm de longitud, en el que se observan con alta resolución las trazas de partículas muy poco energéticas. Con dos campañas de datos ya completadas y una tercera programada para 2025, el experimento ha sido actualizado recientemente con nueva instrumentación y detectores más sensibles. Entre ellos, se incluye el sistema desarrollado por el IFT. Así lo explica López Asamar en un vídeo grabado desde el laboratorio.

Una vez montado, el instrumento viajará a Reino Unido y pasará a formar parte del experimento.