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Los primeros resultados del proyecto PICO-2L, ubicado en el laboratorio SNOLAB, que pretende detectar materia oscura y en el que participa el investigador del IFUNAM Eric Vázquez Jáuregui, han sido publicados el pasado 11 de junio en Physical Review Letters.

“Entender la naturaleza de la materia oscura es una de las metas importantes de la física moderna de partículas”, comentó Vázquez Jáuregui, quien además es el único investigador latinoamericano en el proyecto.

“Existe una evidencia abrumadora, a muchas escalas, sobre la existencia de la materia oscura, que explicaría varios fenómenos de nuestro Universo como lo son las velocidades de rotación de algunas galaxias y la colisión entre cúmulos de galaxias; además de que el modelo estándar de la cosmología (Lambda-CDM) donde la materia dominante es oscura y fría, explica de manera muy consistente la mayoría de nuestras observaciones”, explica el investigador.

El experimento PICO-2L busca la detección de uno de los candidatos para ser la materia oscura: las WIMPs (partículas masivas que interactúan débilmente, por sus siglas en inglés). Vázquez Jáuregui describe el experimento PICO-2L como el más importante para interacciones WIMP-protón dependientes del espín.

Las WIMP’s no se pueden observar directamente ya que no emiten ni absorben radiación electromagnética y tampoco sería posible observarlas por medio de la interacción nuclear fuerte.

Estas características hacen que las WIMPs tengan propiedades parecidas a los neutrinos, con la diferencia de que las WIMPs deberían de ser más masivas y más lentas.

El laboratorio subterráneo SNOLAB que se encuentra en el norte de Ontario, Canadá, tiene instalado desde el 2013 el experimento PICO-2L con el objetivo de encontrar las WIMPs, las cuales serían observaciones importantes para entender la materia oscura y sus propiedades.

El experimento PICO-2L, en el que colabora Eric Vázquez Jáuregui.

PICO-2L consiste en una cámara de burbujas que opera con 2 litros de C₃F₈ (octaflouropropano), el cual es un material líquido que tiene la propiedad de favorecer la interacción de espín con otras partículas más que otros materiales. De ahí se deriva el “2L” del nombre. Mientras que “PICO” proviene de la unión de las colaboraciones, también del SNOLAB, que lo antecedieron: PICASSO y COUPP.

Entre las partículas que inciden a la cámara de burbujas se encuentran los neutrones, las propuestas WIMPs y las partículas alfa. La Tierra recibe continuamente una lluvia de partículas procedentes del Universo exterior, a este tipo pertenecen las WIMPs, mientras que las partículas alfa y los neutrones son emitids por Uranio y Torio que se encuentran en los materiales de la cámara.

Cuando estas partículas entran en contacto con la cámara de PICO-2L, golpean a los núcleos del octaflouropropano y los desplazan. Los núcleos, al moverse, depositan energía y hacen que el material (C₃F₈) se evapore. Ese vapor produce las burbujas, las cuales son detectadas por cámaras de video.

Las cámaras de video no pueden diferenciar las burbujas producidas por las partículas alfa y los neutrones, pero los investigadores han logrado diferenciarlas por medio del uso de sensores piezoeléctricos (una especie de micrófonos sofisticados) que rodean la cámara y que permiten distinguirlas a través de la señal acústica que se obtiene cuando se crean los dos tipos de burbujas.

La clave entonces está en el sonido, pues esta señal acústica es más intensa para partículas alfa que para neutrones, explica Vázquez Jáuregui.

Además de poder diferenciar las diversas partículas que inciden en la cámara, PICO-2L encontró por primera vez la dependencia de la señal acústica producida por partículas alfa con respecto a su energía, es decir, entre más energía tiene una partícula alfa la burbuja que produce suena más fuerte al crearse.

La medida para estandarizar tiempos de exposición en este tipo de experimentos son los kg-día, y es un parámetro de comparación entre la cantidad de días y la cantidad de material que estuvo expuesto, PICO-2L utilizó 2.9 kg de material en la toma de datos.

Después de una exposición de 211.5 kg-día, entre octubre de 2013 y mayo de 2014, Vázquez Jáuregui y el equipo de PICO-2L aún no han conseguido ninguna detección directa a pesar de tener en la actualidad el sistema más sensible para la detección de la interacción entre WIMPs y protones del tipo dependiente del espín.

Sin embargo, se van acercando. Las investigaciones y los resultados que ha reportado PICO-2L han marcado un avance sin precedentes en las secciones eficaces para interacciones entre WIMP y protón dependientes del spin, al alcanzar por primera vez el espacio de parámetros de la teoría de supersimetría.

En febrero de este año, PICO-2L empezó una segunda fase de toma de datos con un nuevo contenedor y un nuevo conjunto de sensores piezoeléctricos así como protocolos más estrictos de limpieza para disminuir eventos no deseados, lo que significará subir otro escalón en la escalera para entender la materia oscura, y con ello, nuestro Universo.