Una sola interacción, y 250 físicos en alerta. El 1 de septiembre de 2026, la colaboración LUX-ZEPLIN (LZ) presentó un evento detectado en sus 10 toneladas de xenón líquido que la física conocida no logra explicar. El detector opera a 1,5 km bajo una antigua mina de oro de Dakota del Sur, donde persigue la materia oscura.

Cómo LZ caza los WIMP en el fondo de una antigua mina de oro: la animación oficial del experimento. Vídeo: SLAC National Accelerator Laboratory.

Una colisión sin explicación

Empecemos por el hecho más fuerte. En 220 días de datos recogidos entre marzo de 2023 y abril de 2024, LZ detectó una interacción. Una sola. Y cae exactamente en la zona donde los científicos esperan la materia oscura, donde el ruido de fondo es mínimo.

Meses de análisis adicional no dieron nada: ni rastro de radiactividad residual, ni neutrones inesperados, ni defectos del detector. Ninguno de los procesos conocidos encaja. De ahí la emoción contenida de Rick Gaitskell, portavoz de la colaboración y profesor en la Universidad de Brown: «No afirmamos haber visto materia oscura. Pero hemos visto algo interesante, que queremos compartir con la comunidad científica.»

Aaron Manalaysay, físico del laboratorio Berkeley y presidente del consejo de instituciones de LZ, resume la magnitud de la sorpresa. En toda su carrera de experimentos, nunca había visto un evento atípico sostenerse desde todos los ángulos.

¿Dónde estamos realmente? La física de partículas exige 5 sigma para anunciar un descubrimiento. El sigma mide la solidez de un resultado estadístico, y 5 sigma equivalen a una posibilidad entre 3,5 millones de que la señal sea azar. LZ está en 2,6 sigma. En otras palabras: queda alrededor de una posibilidad entre 200 de que el evento se explique por un fondo banal. Intrigante, no probado.

La materia oscura, la masa invisible del universo

Volvamos al principio. Todo lo que vemos, estrellas, planetas, gas, tú y yo, representa alrededor del 15 % de la materia del universo. El resto, el 85 %, no brilla, no absorbe la luz, no la refleja: es la materia oscura. Nunca la vemos, pero medimos sus efectos desde hace décadas. Las galaxias giran demasiado rápido para su masa visible, la luz de las galaxias lejanas se deforma al pasar cerca de ellas. Algo pesa, sin mostrarse nunca.

Si toda la materia del universo pesara 100 kg, 85 kg serían materia oscura. Así de abierta sigue la pregunta «¿de qué está hecho el universo?».

El candidato que persigue LZ se llama WIMP, sigla en inglés de weakly interacting massive particle, «partícula masiva de interacción débil». El nombre resume el problema: atraviesa la Tierra, nuestras paredes y nuestros cuerpos como una bala atraviesa la niebla, sin dejar rastro en casi todos los casos. Haría falta que una de estas partículas choque de frente contra un átomo, una colisión extraordinariamente rara, para que un detector la sienta pasar.

Ese es precisamente el terreno de este nuevo análisis. Los datos de LZ ya habían sido examinados en busca de las colisiones más simples, las que aportan menos energía. El equipo exploró esta vez una región inexplorada del conjunto de datos: interacciones más energéticas, que LZ capta particularmente bien mientras descarta los falsos positivos. «Esperamos que los eventos de materia oscura sean extremadamente raros, un puñado bastaría para marcar la primera detección», resume Sam Eriksen, de la Universidad de Bristol, primer autor del estudio.

Y si el evento misterioso viene de un WIMP, no es un candidato cualquiera: la partícula pesaría al menos 200 veces la masa de un protón, el ladrillo que forma el núcleo de los átomos. También interactuaría con la materia de una forma más rica que el modelo más simple. Como para levantar de la silla a los teóricos.

Cómo atrapar una partícula que lo atraviesa todo

El detector LZ cabe en una imagen: una trampa gigantesca de destellos luminosos, enterrada bajo 1,5 km de roca. Su corazón son 10 toneladas de xenón líquido, un gas inerte conocido sobre todo por iluminar los faros de gama alta, aquí comprimido y enfriado alrededor de -100 °C, casi a punto de solidificarse.

Contar el principio es casi un juego de niños. Cuando una partícula choca contra un átomo de xenón, el átomo golpeado retrocede como una bola de billar recibe un golpe, y emite un destello de luz. Un campo eléctrico, un tirón invisible sobre las partículas cargadas, empuja después los electrones arrancados hacia la parte superior del tanque, donde producen un segundo destello. Dos flashes, dos señales, y el experimento puede caracterizar al intruso.

Esquema en corte del detector LZ: un tanque cilíndrico de xenón líquido rodeado de capas de detección, y un primer plano de la colisión entre un WIMP y un átomo de xenón que emite luz y electrones.
El principio de LZ: una colisión en el xenón produce un primer destello de luz, y un segundo cuando los electrones derivados hacia la parte superior del tanque generan su propia señal. Crédito: Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory.

Para atrapar esos destellos, LZ emplea tubos fotomultiplicadores, sensores tan sensibles que transforman un puñado de fotones, los granos de luz, en una señal eléctrica explotable.

Un gran componente cilíndrico lleno de decenas de sensores fotosensibles dorados, con cables y material científico de fondo.
Tubos fotomultiplicadores antes de su instalación en LZ: su papel es captar los destellos más tenues producidos en el xenón. Crédito: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility.

El verdadero desafío no es ver un destello, es ver solo los buenos. Un solo rayo cósmico basta para imitar un WIMP. La respuesta se apoya en tres capas:

  1. 1,5 km de roca: LZ opera en el fondo de la antigua mina de oro Homestake, en Lead, Dakota del Sur, hoy convertida en el laboratorio subterráneo Sanford (SURF). La montaña filtra el bombardeo cósmico, esa lluvia de partículas que llega del espacio.
  2. Un depósito de agua y detectores exteriores que detectan los neutrones dispersos antes de que alcancen el xenón.
  3. Herramientas de cálculo que desenredan cada interacción y descartan las imitaciones de materia oscura.
El detector central de LZ ensamblado en una sala blanca en superficie, antes de su descenso al laboratorio subterráneo.
El detector central de LZ en la sala blanca de superficie, justo antes de su descenso a 1,5 km bajo tierra. Crédito: Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility.

Ese cribado extremo es lo que da todo su peso al evento descubierto: atravesó todas las redes, en la zona más limpia del experimento.

2,6 sigma: por qué los científicos no cantan victoria

Repitámoslo, porque este número probablemente se sobrevenderá en otros lugares: nadie ha detectado la materia oscura. 2,6 sigma corresponden al nivel «resultado intrigante, a seguir», no a un descubrimiento. La historia de la disciplina está llena de excesos que se disolvieron cuando los datos aumentaron. La colaboración lo dice con una prudencia ejemplar, y prefiere compartir su resultado para que toda la comunidad busque lo que pudo pasar inadvertido, un mecanismo de fondo raro que haya escapado a meses de análisis.

El seguimiento ya está en marcha. LZ sigue acumulando datos en su mina de Dakota del Sur, con ya el mayor conjunto de datos de caza de materia oscura del mundo. Cada nuevo lote decidirá: o el exceso crece y la significancia sube hacia 5 sigma, el umbral del descubrimiento, o se desvanece en los fondos y se une a la larga lista de falsas pistas. El artículo científico sale en el repositorio arXiv, la prepublicación de acceso abierto de los investigadores, y se ha enviado a la revista Physical Review Letters, tras una presentación en la conferencia TeV Particle Astrophysics 2026, en Japón.

Esta caza también se juega desde el espacio. La misión Euclid de la ESA cartografía miles de millones de galaxias para revelar la materia oscura por sus efectos gravitacionales, y Roman tomará el relevo con sus relevamientos panorámicos. Los dos enfoques se complementan: LZ aguarda una colisión directa, Euclid y Roman cartografían la huella dejada en el cielo profundo.

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