Hace casi 20 años, el experimento DAMA / LIBRA en el Gran Sasso National Laboratory – LNGS comenzó a publicar datos que mostraban que había detectado una modulación de señal producida por una interacción con el halo de materia oscura de la Vía Láctea.
Se cree que la materia oscura constituye aproximadamente el 27 por ciento del universo conocido, y la materia ordinaria representa solo el 4 por ciento. Se cree que el 69 por ciento restante está formado por energía oscura. Debido a que la materia oscura interactúa débilmente con la materia normal, su presencia hasta ahora se ha inferido solo a partir de los efectos gravitacionales en cuerpos visibles como estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias.
De acuerdo con el modelo más aceptado, el movimiento combinado de la Tierra, el Sol y la propia galaxia dan como resultado un viento de materia oscura para un observador en la Tierra, más específicamente, un viento de partículas masivas de interacción débil o WIMP (por sus siglas en inglés), partículas hipotéticas que se cree que constituyen la materia oscura.
Durante la órbita anual de la Tierra alrededor del sol, las señales de la interacción del detector con WIMP aumentan cuando el planeta se mueve en dirección opuesta al viento y disminuyen cuando ambos se mueven en la misma dirección. La fluctuación tiene forma de coseno.
El personal de DAMA / LIBRA declara que ha detectado señales a velocidades que varían según una onda del coseno durante el año y que corresponden a una firma de materia oscura. El problema es que ninguna otra firma ha sido confirmada por ningún otro experimento desde que se anunció por primera vez. Cabe destacar que otros experimentos utilizan diferentes materiales y técnicas analíticas.
Para verificar la discrepancia entre los datos de DAMA / LIBRA y los datos de otros experimentos y buscar pruebas sólidas de materia oscura, COSINE-100 se construyó a 700 metros bajo tierra en el Laboratorio Subterráneo de Yangyang, Y2L en Corea del Sur.
En diciembre de 2018, se publicó un artículo que presenta los resultados de los primeros 59.5 días de datos de COSINE-100 en la revista Nature.
El detector COSINE-100 está formado por ocho cristales de yoduro de sodio dopados con talio con una masa total de 106 kg. Cada cristal está acoplado a dos tubos fotomultiplicadores para medir la cantidad de energía depositada en el cristal. Todo el conjunto se sumerge en 2.200 litros de centelleador líquido y está rodeado por paneles de centelleo de plomo, plástico y cobre.
El objetivo de todo este blindaje, así como la decisión de instalar el detector a 700 metros bajo tierra, es reducir las perturbaciones causadas por los rayos cósmicos (muones), la radiación cósmica de fondo (los fotones que quedan del universo primordial, detectados en la banda de microondas), y partículas emitidas por los materiales de los cuales está hecho el detector.
Si la existencia de la materia oscura es ampliamente aceptada; el punto ahora es determinar de qué está hecha. El modelo basado en WIMP sigue siendo el modelo más aceptado. Se cree que tales partículas interactúan con la materia normal solo a través de la gravedad y la fuerza nuclear débil. Esto es probablemente por qué no han sido detectados constantemente. La falta de detección de WIMP ha llevado a los científicos a proponer alternativas como los axiones y los fotones oscuros.
El estudio científico ha sido publicado en la revista Nature.