Venres 29 Marzo 2024

Investigadores da USC resolven un enigma clave na procura de materia escura

A primeira observación experimental de radiación de freado establece novos límites á sensibilidade dos detectores mediante cámaras de proxección temporal

Investigadores da USC no Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), a través da colaboración do experimento NEXT no Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), acaban de publicar na revista Physical Review X a primeira observación experimental de radiación de freado ou bremsstrahlung neutro en xenón, seguindo a predición teórica ao longo de 5 ordes de magnitude. A demostración desta radiación resolve unha procura que se remonta a 2017, cando se observaron por primeira vez sinais de escintilación de orixe descoñecida e establece novos límites á sensibilidade de detectores como NEXT que lideran na actualidade a procura de materia escura e neutrinos empregando cámaras de proxección temporal (TPC, Time Projection Chambers).

Cando a radiación ionizante interactúa co xenón gasoso da cámara de NEXT, emítense grandes cantidades de luz ultravioleta en determinadas lonxitudes de onda (ao redor de 172 nm), o que constitúe o mecanismo de detección utilizado nas procuras de materia escura e estudos de física de neutrinos baseados en elementos nobres. Con todo, os investigadores viñan observando dende hai cinco anos unha contribución adicional, cuxo orixe non conseguían identificar ata o de agora. Este novo tipo de luz causada pola dispersión de electróns en átomos neutros denomínase emisión de bremsstrahlung neutro ou de polarización, e é debida á interacción entre a partícula cargada e o átomo de xenon, a través do momento dipolar inducido deste último.

Publicidade

“A presenza de fotóns individuais en coincidencia coa interacción de radiación de alta enerxía ou ‘ruído’ procedente de rexións en teoría inactivas do detector, así como a presenza de electroluminiscencia a enerxías inferiores ás necesarias para excitar o medio suxerían a presenza dun mecanismo de radiación diferente do convencional”, explica o investigador do IGFAE Diego González Díaz, un dos autores deste traballo e quen propuxo e desenvolveu o experimento inicial. “Durante varios anos consideráronse estes fenómenos como independentes, ata que en decembro de 2019 realizamos un experimento en colaboración coa Universidade de Coimbra e a Universidade de Aveiro para resolver o misterio”.

Un misterio resolto

Ademais de establecer a presenza desta escintilación nos actuais experimentos líderes na procura de materia escura e a orixe común dunha serie de observacións aparentemente inconexas por parte do experimento NEXT, unha das revelacións máis interesantes que se extraen deste traballo é que a emisión resultante é altamente independente da lonxitude de onda (algo análogo a outros procesos de tipo radioactivo, como a radiación Cherenkov), o que ofrece un atractivo tecnolóxico que os investigadores están a estudar como explotar. En particular, ábrese a posibilidade de rexistrar a ionización primaria en detectores baseados en elementos nobres en fase líquida, usando para iso a radiación de freado producida nunha rexión electrificada. Isto permitiría aumentar a sensibilidade á enerxía dos eventos primarios nunhas catro ou cinco ordes de magnitude, sen a complexidade de ter que operar o detector en equilibrio líquido-vapor, como se fixo ata a data.

“Na actualidade estamos a realizar medidas de escintilación absoluta noutros elementos nobres e moleculares para estudar a dependencia da emisión co tipo de medio, así como explorar os límites do marco teórico implementado por Pablo Amedo Martínez, estudante de doutoramento do IGFAE. Gustaríanos tamén emprender un estudo detallado do espectro de emisión, o que require modificacións importantes dos nosos dispositivos experimentais, que aínda estamos a avaliar”, conclúe Diego González Díaz.

NEXT é unha colaboración internacional liderada por grupos españois e estadounidenses. Actualmente, máis de 100 persoas de máis de 20 institucións participan no experimento. En España, ademais do IGFAE, atópanse o Centro de Física de Materiales (CFM), o Instituto de Física Corpuscular (IFIC), o Donostia International Physics Center (DIPC), a Universidad Autónoma de Madrid (UAM), a Universitat de Girona, a Universidad del País Vasco, o Instituto de Instrumentación para Imagen Molecular (i3M – UPV), a Universidad de Oviedo e a Universidad de Zaragoza.

DEIXAR UNHA RESPOSTA

Please enter your comment!
Please enter your name here

Este sitio emprega Akismet para reducir o spam. Aprende como se procesan os datos dos teus comentarios.

Relacionadas

A USC contribúe nunha nova técnica para estudar reaccións nucleares en explosións estelares

O investigador Yassid Ayyad desenvolveu parte da análise neste traballo internacional que se publica na revista ‘Physical Review Letters’

Científicos galegos afondarán na conformación do Universo nun experimento con neutrinos

O IGFAE participará no deseño dun detector que interceptará feixes destas partículas para intentar explicar a asimetría entre materia a antimateria

O Shazam das ondas gravitacionais ten acento galego

Un traballo liderado por Juan Calderón "dálle a volta á tortilla" aos complexos cálculos necesarios para obter información destes eventos

A eternidade por fin comeza un luns

Artigo gañador da VI edición do IGFAE C3, o concurso de comunicación científica do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías