Ciencia Chile , Chile, Lunes, 23 de mayo de 2016 a las 18:39

Fabrican en Chile un dispositivo que ayudará a detectar materia oscura en el CERN

Un calorímetro Pre-Shower, construido íntegramente en la Universidad Técnica Federico Santa María será instalado en un experimento de vanguardia que lleva a cabo el laboratorio europeo

USM/DICYT En el marco de la estrecha colaboración que mantienen ambas entidades, el Centro Científico Tecnológico de Valparaíso (CCTVal) de la Universidad Técnica Federico Santa María hará envío a la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), de un detector Pre-Shower, dispositivo elaborado íntegramente en la Casa de Estudios, que será implementado en estudios que buscan comprobar la existencia de materia oscura.

 

Se trata del Experimento NA64, también conocido como “Experimento de Detección de Materia Oscura” –y anteriormente llamado Experimento P348–, a través del cual científicos asociados al CERN buscan identificar eventos inusuales, donde se investigan decaimientos de piones y etas, originados en un blanco que es bombardeado por el haz del acelerador Súper Sincrotrón de Protones (SPS) del laboratorio europeo.

 

El detector Pre-Shower construido en la USM consiste en un arreglo de cristales destellantes LYSO, aislados ópticamente entre sí por una cobertura reflectante. Debido a su alta densidad, al ingresar partículas en el dispositivo, estos interactúan, emitiendo una pequeña cantidad de fotones, los que se conducen a través de un arreglo de fibras (WLS) hacia contadores de fotones (MPPC) que generan pulsos eléctricos.

 

Dependiendo de cuáles son los canales que provean señales y del total de la carga entregada, se puede reconocer con una muy buena aproximación cuál fue el cristal en el arreglo de 25 x 25 por el que atravesó la partícula y la energía de ésta. De esta forma, se buscarán específicamente partículas conocidas como kaones, piones y etas en bosones y fotones invisibles.

 

Dispositivo hecho en Chile

 

El detector Pre-Shower ha sido desarrollado por múltiples investigadores del CCTVal, entre ellos Serguey Kuleshov, William Brooks, Hayk Hakobyan, Esteban Zambrano, Alam Toro, Orlando Soto, Elías Rozas, Juan Vega, Sebastián Cepeda y René Ríos, entre otros.

 

Los últimos preparativos para el dispositivo han sido terminados por Pablo Ulloa, investigador posdoctoral del CCTVal y Mario López, estudiante de electrónica, quienes tuvieron como tarea el codificar los canales de salida del Pre-Shower, reduciéndolos desde los 50 canales originales a cuatro, por medio de un circuito analógico diseñado para manejar señales de alta frecuencia (RF).

 

“Como el objetivo del experimento es detectar materia oscura, el interés principal está en disponer de todos los indicadores posibles sobre si ha incidido una partícula en los detectores”, señala el investigador. “Para esto se requiere que el detector sea hermético porque, en caso de que ocurra algún evento extraño, en el cual hay seguridad de que una partícula atravesó los detectores y ninguna salió, produciéndose algo que no es detectable, uno tendría un indicio de producción de materia oscura”, explica el Dr. Ulloa.

 

Sobre el objetivo del Experimento NA64, el investigador del CCTVal sostiene que “se trata de una investigación de vanguardia, cuando la vieja teoría llega a su límite y los nuevos experimentos comienzan a arrojar evidencia de fenómenos hasta el momento desconocidos”.

 

“Se dice que en los modelos cosmológicos falta una gran cantidad de materia que no es posible explicar usando el modelo estándar y que afecta la forma en que el universo evoluciona a gran escala. Entonces, se cree que hay reacciones que producen materia que no interacciona de forma ordinaria”, añade el Dr. Ulloa. “El detector Pre-Shower va a ser uno de los dispositivos que van a ayudar a resolver este misterio, pero este detector no funcionará solo, ya que sus señales estarán sincronizadas con un complejo arreglo de detectores”.

 

Colaboración con CERN

 

Junto con los detectores de muones llamados small-strip Thin Gap Chambers o sTGC, el detector Pre-Shower es uno de los dispositivos construidos en el CCTVal con miras a implementarse en experimentos de vanguardia en el CERN. Éste será próximamente llevado a Suiza, para empezar a ser utilizado aproximadamente a fines de junio.

 

Previamente a la incorporación del detector construido en la USM, el Experimento NA64 ha estado funcionando usando otro detector elaborado con cristales BGO que, de acuerdo al Dr. Ulloa, tienen una respuesta más lenta que los cristales LYSO; por lo que la integración del detector Pre-Shower será una un valioso aporte de Institución en esta búsqueda científica.

 

“Hasta ahora el Pre-Shower se había ocupado para detectar muones y algunas partículas de decaimientos radioactivos de muestras conocidas. Dentro de poco se va a implementar para lo que fue hecho, y va a ser usado a toda su capacidad”, manifiesta el Dr. Ulloa.

 

Cabe destacar que en el Experimento NA64 se encuentran colaborando investigadores de la USM y de múltiples instituciones científicas del mundo, entre ellas la Universidad de Patras (Grecia), IBS y KAIST (Corea), DESY (Alemania), ETH Institute for Particle Physicis (Switzerland), Physical Institute of the Russian Academy of Sciences, Institute for Nuclear Research, JINR of Dubna, IHEP y Tomsk Polytechnic University (Rusia).