PICO es un experimento que busca evidencia directa de materia oscura utilizando una cámara de burbujas de clorofluorocarbono ( Freón ) como masa activa. Está ubicado en SNOLAB en Canadá.
Se formó en 2013 a partir de la fusión de dos experimentos similares, PICASSO y COUPP . [1] [2]
PICASSO ( Proyecto In CA nada para la Búsqueda de Objetos Supersimétricos , o Proyecto de Identificación de Candidatos Supersimétricos SOmbres en francés) fue una colaboración internacional con miembros de la Universidad de Montreal , la Queen's University , la Indiana University South Bend y la Universidad Técnica Checa en Praga , la Universidad de Alberta , la Laurentian University y el BTI, Chalk River, Ontario. PICASSO fue predominantemente sensible a las interacciones dependientes del espín de las Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMP) con átomos de flúor .
COUPP ( Observatorio de Física Subterránea de Chicago ) fue un proyecto similar con miembros de Fermilab , la Universidad de Chicago y la Universidad de Indiana . Los prototipos se probaron en el laboratorio experimental MINOS , y en SNOLAB también se realizó un experimento a mayor escala. Se utilizó trifluoroyodometano (CF3I ) como medio.
Un detector de burbujas es un dispositivo sensible a la radiación que utiliza pequeñas gotas de líquido sobrecalentado que se suspenden en una matriz de gel. [3] Utiliza el principio de una cámara de burbujas , pero como solo las gotas pequeñas pueden experimentar una transición de fase a la vez, el detector puede permanecer activo durante períodos mucho más largos que una cámara de burbujas clásica. Cuando se deposita suficiente energía en una gota mediante radiación ionizante, la gota sobrecalentada experimenta una transición de fase y se convierte en una burbuja de gas. Los detectores PICASSO contienen gotas de freón con un diámetro promedio de200 μm . El desarrollo de burbujas en el detector va acompañado de una onda de choque acústica que es captada por sensores piezoeléctricos . La principal ventaja de la técnica del detector de burbujas es que el detector es casi insensible a la radiación de fondo . La sensibilidad del detector se puede ajustar modificando la temperatura de las gotitas. Los detectores cargados con freón suelen funcionar a temperaturas de entre 15 y 55 °C (60 y 130 °F).
La validez del concepto de detector de burbujas se ha demostrado en varias publicaciones. [4] Existe otro experimento similar que utiliza esta técnica en Europa llamado SIMPLE .
El experimento PICASSO funcionó en SNOLAB. Tuvo dos pruebas científicas: la primera con 2 elementos detectores (resultados publicados en 2009) y la segunda con 10 (resultados publicados en 2012). La configuración final del detector tenía 32 elementos detectores (resultados no publicados). No encontró ninguna señal de materia oscura.
La colaboración COUPP operó una cámara de burbujas en Fermilab entre 2011 y 2012. Se dispararon partículas desde un haz de un acelerador de partículas hacia la cámara para evaluar la tecnología de detección de materia oscura.
La colaboración COUPP operó una cámara de burbujas con 3,5 kg de CF 3 I en el área subterránea MINOS en Fermilab. Los resultados se publicaron en enero de 2011. La colaboración COUPP también operó la misma cámara de burbujas con 4 kg de CF 3 I en SNOLAB desde septiembre de 2010 hasta agosto de 2011. Los resultados de SNOLAB (también llamados COUPP-4 kg) se publicaron en 2012. No se detectó materia oscura.
PICASSO informa de los resultados (noviembre de 2009) de las interacciones WIMP dependientes del espín en 19 F. No se ha encontrado ninguna señal de materia oscura, pero para masas WIMP de24 GeV/ c Se han obtenido 2 nuevos límites estrictos en la sección transversal dependiente del espín para la dispersión WIMP en 19 F de13,9 pb (90 % CL ). Este resultado se ha convertido en un límite de sección transversal para interacciones WIMP en protones de0,16 pb (90% CL). Los límites obtenidos restringen las interpretaciones recientes del efecto de modulación anual de DAMA/LIBRA en términos de interacciones dependientes del espín. [5]
En mayo de 2012 se publicaron nuevos resultados, utilizando 10 detectores con exposición total.14 kg·d , para restringir la interacción WIMP de baja masa en 19 F. [6] Los mejores límites dependientes del espín se obtuvieron para una masa de WIMP de 20 GeV/c : 0,032 pb (90 % CL) para la sección transversal del protón. Para la sección transversal de la región de baja masa independiente del espín cerca de 7 GeV:Límite superior de 1,41 × 10 −4 pb (90 % CL)
El proyecto PICO comenzó cuando los grupos PICASSO y COUPP se fusionaron en 2013. El experimento PICO está ubicado en SNOLAB , Canadá, en una mina a una profundidad de 2 km. A partir de 2018, la colaboración PICO ha operado dos experimentos en SNOLAB: una cámara de burbujas llamada PICO-2L y una cámara llamada PICO-60 (anteriormente llamada COUPP-60), donde los números 2 y 60 se refieren al volumen (en litros) del material objetivo en cada cámara. El material objetivo utilizado fue C 3 F 8 . Se está planeando una versión más grande del experimento a partir de 2018. La versión más grande tendría un volumen objetivo de 250-500 litros (llamada PICO-250 o PICO-500, respectivamente). [7]
PICO-2L: PICO-2L fue la primera cámara de burbujas que comenzó a funcionar en octubre de 2013. Sus pruebas científicas se realizaron entre octubre de 2013 y mayo de 2014 (prueba científica 1) y entre febrero de 2015 y noviembre de 2015 (prueba científica 2). PICO-2L se desactivó en 2016.
PICO-60: El PICO-60 siguió al PICO-2L. Comenzó a tomar datos en 2013 y este primer ciclo de pruebas científicas continuó hasta mayo de 2014. Para este primer ciclo, el detector se llenó con CF3I y el detector solo utilizó aproximadamente la mitad de su capacidad en términos de volumen activo (el volumen activo era de 25 litros). Después de este ciclo inicial, el detector fue reacondicionado, el material objetivo se cambió a C3F8 y el volumen activo se aumentó a su capacidad máxima (53 litros). El trabajo de reacondicionamiento se completó y el segundo ciclo de pruebas científicas comenzó en el verano de 2016. El segundo ciclo de pruebas científicas terminó en el verano de 2017, después de lo cual el PICO-60 fue desmantelado.
PICO-40L: La estación experimental PICO-60 se utiliza para una nueva cámara de burbujas llamada PICO-40L. El PICO-40L es un nuevo tipo de cámara de burbujas cuya estructura técnica elimina la necesidad de un líquido tampón que es una fuente de ruido de medición. La construcción del PICO-40L comenzó en SNOLAB en 2019 y se terminó en 2020. Actualmente se están poniendo en funcionamiento nuevos sistemas del detector. [8]
PICO-500L: PICO-500 es el detector de próxima generación que se basa en el principio demostrado por PICO-2L, -60 y -40L. El detector ampliado tendrá un volumen activo de unos 250 litros y utilizará un recipiente de cuarzo sintético, al igual que PICO-2L, PICO-60 y PICO-40L. La colaboración PICO está trabajando actualmente en el diseño final del diseño de PICO-500, centrándose en el recipiente interior y el recipiente de presión. PICO está planeando operar PICO-500 con C 3 F 8 para lograr una sensibilidad líder en el mundo para el acoplamiento de materia oscura a materia ordinaria a través de su espín. El experimento ha recibido financiación completa de CFI y las provincias canadienses. SNOLAB ha aprobado el diseño conceptual del experimento y ha asignado espacio en la instalación subterránea para PICO-500 en el área de la sala cúbica del laboratorio. [9]
La colaboración PICO también cuenta con varias cámaras de burbujas que se utilizan con fines de calibración (no para la detección de materia oscura), como las cámaras CIRTE (COUPP Iodine Recoil Efficiency) y PICO-0.1.
colaboraciones PICASSO y COUPP se fusionaron en 2013 para formar la colaboración PICO.
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