Un detector basado en líquido para búsqueda de Axiones
Fecha de inicio: 01/12/2023
Fecha de fin: 30/11/2025
Resumen del proyecto:
La naturaleza de la Materia Oscura (MO), que compone el 27% del Universo es uno de los grandes misterios de la Física moderna. La MO apenas interacciona con la materia ordinaria, haciendo su detección extremadamente complicada. Otro problema en Física en el denominado CP-fuerte, la teoría predice una violación carga-paridad en las interacciones fuertes que no ha sido observada. La solución más convincente a este problema fue propuesta por Peccei y Quinn postulado una nueva simetría, cuando esta simetría se rompe espontáneamente aparece una nueva partícula, el axión. Las propiedades de los axiones son muy interesantes porque apenas interaccionar con la materia, de esta manera los axiones puede resolver el problema CP-fuerte y al mismo tiempo el problema de la MO. El descubrimiento del axión cuenta con helioscopios de nueva generación, donde destaca el experimento IAXO, el cual requiere detectores de rayos-X de ultra-bajo fondo que operan en superficie. Recientes estudios apuntan que el estado del arte en técnicas de bajo fondo está limitado por eventos inducidos por rayos cósmicos. Neutrones cósmicos de alta energía son especialmente peligrosos porque no pueden ser blindados o identificados de una manera eficiente con sistemas compactos compatibles con las restricciones geométricas del experimento. Por otra parte, IAXO tiene capacidades para mejorar la técnica del helioscopio, haciendo posible la detección de axiones provenientes de Supernovas (SN). Sin embargo, su detección requiere la instalación de un detector de rayos gamma en el rango de energías de 10 a 250 MeV. El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un detector basado en la novedosa técnica LiquidO donde la mayor innovación es el uso de un centelleador opaco (en realidad traslúcido). Aunque este principio de funcionamiento es aparentemente anti-intuitivo, el uso de un medio opaco causa el confinamiento estocástico de la luz proporcionando resolución espacial. Además, al relajarse los requerimientos de transparencia, se abre la posibilidad de una alta concentración de dopante. El nuevo detector consiste en un centelleador líquido opaco altamente dopado con capacidades de reconstrucción en 3D. Este nuevo detector se utilizará para la identificación de muones cósmicos, neutrones y rayos gamma con una alta eficiencia, lo que permitirá la reducción de fondo de Baby (IAXO) en un factor entre 10 y 100. Además, se utilizará para la detección de rayos gamma de alta energía, extendiendo el potencial de IAXO como SN-scope. El detector propuesto incrementerá la sensibilidad de Baby (IAXO) estableciendo un nuevo estado del arte en técnicas de bajo fondo. Al mismo tiempo, este proyecto tiene el potencial de explorar nueva Física mediante la posible detección de axiones de SN. Más allá de la Física de axiones, este proyecto explota diferentes sinergias para la aplicación de la técnica LiquidO a otros experimentos de suscesos poco probables, como desintegraciones de doble beta sin neutrino.
Este contrato es parte del proyecto "Un detector basado en líquido para búsqueda de Axiones", Ayuda EUR2023-143444, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea <<NextGenerationEU>>/PRTR.
En la convocatoria: Europa Excelencia 2023, dentro del Programa Estatal para Afrontar las prioridades de nuestro entorno/ Subprograma Estatal de Internacionalización.