En 2026 la colaboración LUX-ZEPLIN reportó un único evento de retroceso nuclear de muy alta energía (~248 keV), inusual para las interacciones elásticas habituales de materia oscura. Varios estudios recientes proponen que este evento podría explicarse mediante materia oscura inelástica, donde la dispersión con el núcleo requiere superar un umbral de energía (splitting de masa entre dos estados de la partícula de materia oscura), lo que favorece partículas en la cola de alta velocidad de la distribución del halo galáctico y predice una modulación estacional muy marcada de la tasa de eventos a lo largo del año.

Qué aporta

El estudiante aprende a construir el modelo estándar del halo galáctico (distribución de Maxwell-Boltzmann en el marco del laboratorio, boosteada por la velocidad orbital de la Tierra alrededor del Sol) y a aplicarlo a la cinemática de una dispersión inelástica con umbral de energía. Reproduce, en una versión simplificada y sin ajuste a datos reales, el tipo de cálculo que da lugar a la modulación anual descrita en los artículos recientes sobre el evento de LZ, y cuantifica cómo depende esa modulación de la masa de la partícula y del splitting de masa entre estados.

Qué necesitas

Mecánica clásica (cinemática de colisiones de dos cuerpos), física estadística (distribuciones de velocidades), métodos numéricos, Python con numpy/scipy/matplotlib. No requiere laboratorio ni datos de detectores.

Plan de trabajo

1. Repaso del modelo estándar del halo galáctico y de la cinemática de dispersión elástica vs. inelástica con umbral de energía40 h
2. Implementación en Python del cálculo de la tasa de retrocesos integrando sobre la distribución de velocidades, incluyendo el movimiento orbital de la Tierra60 h
3. Cálculo de la modulación anual de la tasa para distintos valores de masa de la partícula y splitting, y comparación cualitativa con los rangos discutidos en la literatura reciente sobre el evento de LZ50 h
4. Análisis de sensibilidad de la modulación a los parámetros del halo (velocidad de escape, velocidad del disco)30 h
5. Redacción de la memoria y preparación de la defensa30 h

No lo hagas si

No conviene si se espera comparar directamente con los datos reales de LZ (no son públicos ni descargables) o si se quiere incluir el cálculo de las tasas mediante teoría de campos efectiva no relativista y modelos de capas nucleares, que exceden claramente el nivel de un TFG de grado.

Actualizaciones

• Sábado, 12 de septiembre de 2026Este modelo concreto (multipletes electrodébiles con splitting de unos cientos de keV) da un marco específico con predicciones correlacionadas de señal elástica a bajas energías; podrías usarlo como caso de estudio numérico para tu cálculo de modulación anual en vez de un modelo genérico de materia oscura inelástica.