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El IF participa en experimento que impone nuevo límite para la búsqueda de materia oscura

Colaboración PICO / Aleida Rueda (UCIF)
27/feb/2017

La colaboración internacional PICO, en la que participa el investigador del Instituto de Física de la UNAM, Eric Vázquez Jáuregui, anunció hoy que la cámara de burbujas PICO-60 ha producido un nuevo límite en la búsqueda de materia oscura. Este nuevo resultado es una mejora en un factor de 16 comparado con los experimentos que lo antecedieron.

Ubicado en el laboratorio subterráneo SNOLAB, en el norte de Ontario, Canadá, el experimento PICO-60 es actualmente la mayor cámara de burbujas del mundo en funcionamiento para detectar uno de los candidatos para ser materia oscura: las WIMP (partículas masivas que interactúan débilmente, por sus siglas en inglés).

Las WIMP, que llegan a la Tierra como parte de la constante lluvia de partículas procedentes del Universo, no se pueden observar directamente ya que no emiten ni absorben radiación electromagnética. Pero cuando estas entran en contacto con la cámara de PICO-60, llena con 45 litros de C3F8 (octafluoropropano) sobrecalentado, golpean a los núcleos del octaflouropropano y los desplazan. Los núcleos, al moverse, depositan energía y hacen que el fluido hierva y genere una burbuja en la cámara. Finalmente, un conjunto de sensores identifican el sonido de dichas burbujas para distinguir entre las partículas de materia oscura y de otras fuentes.

“El nuevo límite, por un lado, demuestra el gran poder que tienen las cámaras de burbujas para buscar materia oscura y, al mismo tiempo, nos ubica como la tecnología dominante para búsqueda de WIMP en acoplamientos dependientes del spin, por encima de otros experimentos de detección directa e indirecta, en un amplio rango de masas”, dice Vázquez Jáuregui, el único mexicano que forma parte de la colaboración.

Este nuevo límite también mejora los resultados de su antecesor, la cámara de burbujas PICO-2L, en un factor 16, lo que quiere decir que cubre una amplia región del espacio de parámetros sugeridos por varios modelos de materia oscura. “Si la materia oscura es como dicen los modelos que estamos explorando, entonces eventualmente vamos a descubrirla”, dice Vázquez Jáuregui.

La tecnología de detección por sobrecalentado ha estado en la vanguardia de las búsquedas dependientes del espín (SD). PICO es el experimento más importantes en la detección directa de materia oscura para acoplamientos de spin-dependiente y está desarrollando una versión mucho más grande del experimento con un máximo de 500 kg de masa activa.

Particularmente el Instituto de Física, a través de Eric Vázquez Jáuregui y su estudiante Noe Alberto Cruz Venegas, es responsable de modelar las cámaras de burbujas y realizar simulaciones por métodos de Monte Carlo para determinar los ruidos de fondo debido a neutrones y otras partículas. Así lo hicieron para el detector PICO-60 y lo continuarán haciendo para PICO-40L y PICO-500.

“Nuestros colaboradores de Estados Unidos y Canadá voltean a nuestra institución cuando de simulaciones se trata, esto gracias a la experiencia en el estudio de ruidos de fondo y modelado de detectores de materia oscura”, concluye el investigador.

Foto 1 (burbujas): evento múltiple de una interacción de neutrones en el detector PICO-60 obtenida con una fuente de calibración, se pueden observar hasta 25 burbujas. Foto 2 (personas): instalación del detector PICO-2L, antecesor de PICO-60, en el laboratorio SNOLAB. Foto 3 (tanque): tanque de agua para blindaje del detector PICO-60 donde se puede observar el envase de presión y los tubos fotomultiplicadores para detectar muones atravesando el agua. Créditos: SNOLAB.