El European Underground Rare Event Calorimeter Array ( EURECA ) es un experimento planificado de búsqueda de materia oscura que utiliza detectores criogénicos y una masa absorbente de hasta 1 tonelada. El proyecto se construirá en el Laboratorio Subterráneo de Modane y reunirá a investigadores que trabajan en los experimentos CRESST y EDELWEISS . [1] [2]
EURECA ocupó un lugar destacado en la hoja de ruta de ASPERA para experimentos de física de astropartículas en Europa. [3]
La materia oscura es uno de los importantes problemas sin resolver de la ciencia moderna. Existe evidencia considerable procedente de la astronomía y la cosmología de que una fracción significativa de la masa del Universo y de las galaxias está formada por material no luminoso. Actualmente se desconoce la naturaleza de la materia oscura. Sin embargo una hipótesis popular es que se compone de Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMPs), partículas con una gran masa, pero que sólo interactúan con la materia ordinaria a través de la fuerza nuclear débil , por lo que la mayoría de las que pasan a través de la Tierra no chocan con un solo átomo. . El objetivo de experimentos de búsqueda de materia oscura como EURECA es probar esta hipótesis buscando interacciones WIMP de materia oscura. La teoría de la supersimetría predice que existen WIMP , que predice una amplia gama de secciones transversales de dispersión de hasta 10 −10 pb, lo que corresponde a una tasa de interacción de ~ 1 evento por año en un detector de 1 tonelada. [4] Experimentos existentes como CRESST y EDELWEISS ya han descartado tasas de interacción más altas, pero EURECA buscará hasta este límite inferior.
Los experimentos criogénicos de materia oscura utilizan detectores de partículas que funcionan a temperaturas de mikelvin para buscar la dispersión elástica de los WIMP de un núcleo atómico. Una interacción de partículas dentro de un cristal absorbente creará una gran cantidad de fonones , estos se termalizan dentro de un termómetro en la superficie del cristal, que registra el aumento de temperatura. Estos detectores criogénicos se utilizan porque combinan una alta sensibilidad con un umbral de energía bajo y una resolución excelente.
Los experimentos de materia oscura se realizan en laboratorios subterráneos profundos y utilizan amplios blindajes para reducir los niveles de radiación de fondo de los rayos cósmicos . Los primeros experimentos se vieron limitados por el fondo restante debido a las impurezas radiactivas cercanas a los detectores. Por lo tanto, en la segunda fase de CRESST y EDELWEISS se utilizaron nuevos detectores capaces de distinguir los retrocesos de electrones de los retrocesos nucleares. Los retrocesos de electrones son producidos por partículas alfa , beta y gamma que representan la gran mayoría de los eventos de fondo. Los WIMP (y también los neutrones) producen retrocesos nucleares. Esto se hace midiendo una señal adicional, que es mucho mayor en los retrocesos de electrones que en los retrocesos nucleares. Los detectores CRESST miden la luz de centelleo producida en un cristal absorbente de CaWO 4 o ZnWO 4 . Los detectores EDELWEISS miden la ionización producida en un cristal semiconductor de germanio .
EURECA llevará más allá esta tecnología de detección criogénica de la que fueron pioneras CRESST y EDELWEISS mediante la construcción de una masa absorbente de 1 tonelada compuesta por una gran cantidad de módulos detectores criogénicos. El experimento prevé utilizar una variedad de materiales detectores. Esto proporciona una manera de mostrar si una señal positiva se debe a la materia oscura, ya que se espera que la tasa de eventos aumente con la masa atómica de los núcleos objetivo. Mientras que la tasa de eventos de neutrones será mayor para los núcleos más ligeros.
La colaboración EURECA incluye las instituciones miembros de los experimentos de materia oscura CRESST , EDELWEISS y ROSEBUD , y algunos miembros nuevos. Estos son:
El portavoz de la colaboración es Gilles Gerbier. El experimento se construirá en el laboratorio subterráneo de Modane , en el túnel de Fréjus entre Francia e Italia, el laboratorio subterráneo más profundo de Europa.
Actualmente, los investigadores de EURECA participan en la toma y análisis de datos para CRESST y EDELWEISS. Además, se están llevando a cabo varias actividades de I+D asociadas con la ampliación de la tecnología de detectores a una escala de 1 tonelada. Éstas incluyen: