Nuevos movimientos de COSINE-100 en la investigación de materia oscura

En el bullicioso mundo de la ciencia, hay un tema candente: la Materia Oscura. Es una cosa misteriosa que constituye una gran parte del universo, pero no la podemos ver. Los científicos están en una carrera para encontrarla, y eso incluye a nuestros amigos del experimento COSINE-100. Están mejorando su equipo para buscarla con más detalle. Imagínate como actualizar tu viejo teléfono para tener mejor conexión en un lugar lleno de gente.

#El Escintilador líquido

Para esta mejora, han preparado un nuevo lote de escintilador líquido (llamémoslo LS para abreviar). No es tu jugo promedio; es un líquido especial hecho de benceno lineal-alquilo, que suena fancy, pero ayuda a capturar señales de materia oscura. El plan es usar 2,400 litros de este LS en un nuevo laboratorio subterráneo en Yemilab. Este LS es como el guardia de seguridad en una fiesta, ayudando a detectar cualquier invitado no deseado-alias, el ruido de fondo que podría arruinar su búsqueda de materia oscura.

#Cómo Midieron la Radiopureza

Antes de poder usar este LS, nuestros científicos necesitaron asegurarse de que estuviera lo suficientemente limpio para el trabajo. Imagina usar una esponja sucia para lavar tus platos; ¡no es ideal! Tomaron una muestra de 445 mL de LS y la pusieron en un recipiente diseñado a medida. Dos grandes tubos captadores de luz fueron colocados en el recipiente para ver cuánto de Radiación de fondo tenía. Midieron los niveles de uranio (U) y torio (Th), dos sospechosos que podrían arruinar su fiesta si se encontraran en altas cantidades.

#La Búsqueda de Materia Oscura

Entonces, ¿qué onda con la materia oscura? Es como ese amigo que sigue hablando sobre un tesoro misterioso, y no estás seguro si existe. El experimento DAMA afirmó haber encontrado señales de materia oscura a través de señales misteriosas que cambian a lo largo del año. Para verificar estas afirmaciones, se lanzó el experimento COSINE, con la esperanza de confirmar o desmentir los hallazgos.

Después de 6.5 años de duro trabajo, COSINE-100 regresó con resultados que levantaron algunas cejas, desafiando las afirmaciones de DAMA. Ahora buscan mejorar las cosas con la Mejora COSINE-100, ubicada en su nueva instalación subterránea.

#El Sistema LS en Acción

Ahora, sobre ese sistema LS: juega un papel vital en averiguar qué es qué en los cristales utilizados para la detección. Los cristales NaI(Tl) están en el medio de una caja de acrílico, rodeados por los 2,400 litros de LS. Esto asegura que los cristales estén bien protegidos por al menos 40 cm de LS por todos lados. Es como envolver tu posesión más preciada en papel burbuja.

Dieciocho tubos captadores de luz están conectados a la caja y ayudan a registrar las señales de luz producidas en el LS. De esta manera, cualquier luz proveniente del exterior o de los propios cristales se registra. El LS actúa como un sistema inteligente para saber cuándo aparece un rayo gamma (otro pequeño problemático). Hasta ahora, ha mostrado resultados bastante buenos, capturando hasta el 75% de las señales que se supone debe captar.

#Preparándose para el Siguiente Paso

Un poco de química estuvo involucrada en la creación del LS. Agregaron una sustancia para ayudarlo a brillar mejor, asegurando que la luz no se desperdiciara. Sin embargo, como el brillo no era el adecuado para los tubos de luz, usaron otro ingrediente útil para cambiar la longitud de onda y hacerlo funcionar correctamente.

Antes de añadir el LS a los detectores, se tomaron el tiempo para verificarlo en busca de radiactividad no deseada. Recopilaron datos durante un mes usando un pequeño detector en un laboratorio a nivel de suelo, con la esperanza de atrapar cualquier radiación de fondo traviesa.

#Construyendo el Detector

Para medir cuán limpio estaba el LS, el equipo creó un detector especial para contener esa muestra de 445 mL. Lo equiparon con dos tubos de luz altamente eficientes colocados en recipientes a medida, asegurando que todo estuviera bien ajustado. Incluso hicieron algunos agujeros para dejar entrar las buenas vibras (o luz) mientras mantenían todo lo demás afuera.

Una vez construido, protegieron todo con ladrillos de plomo para mantener fuera la radiación errante, como usar protector solar para evitar quemaduras. La configuración estaba completa con capas adicionales de material protector para manejar lo que el entorno pudiera lanzarles.

#Cómo Descubrieron Qué Estaban Viendo

Para saber qué partículas estaban apareciendo, usaron un método conocido como Discriminación de Forma de Pulso (PSD). Este término fancy significa que identificaron diferentes tipos de partículas examinando la luz que produjeron. Al observar el tiempo de las señales de luz, pudieron saber si era uranio o torio causando el alboroto.

Crearon un sistema para medir cuán buena era su identificación de partículas, lo que significaba mirar a través de muchos datos para desarrollar criterios que separaran las buenas señales de las malas. Eran como detectives resolviendo un caso-excluyendo a los malos para llegar a lo bueno.

#La Calibración de Energía

Durante su investigación, notaron picos distintivos en los datos, que indicaban la presencia de uranio y torio. Cada pico les daba información valiosa, ayudando a calibrar sus mediciones de energía. Tenían que ajustar estos picos en modelos que pudieran decirles qué estaba pasando realmente.

#Profundizando en la Coincidencia Temporal

Nuestros científicos listos no se detuvieron ahí. También examinaron cómo diferentes partículas decaen con el tiempo, especialmente con elementos radiactivos como uranio y torio. Descubrieron que cuando una partícula decae, puede llevar a la descomposición de otra partícula, apareciendo en los datos como una coincidencia temporal.

Al llevar un registro de cuán a menudo ocurrían estos decaimientos y ajustándolos en ecuaciones, pudieron medir cuánta cantidad de cada elemento radiactivo había en el LS. Descubrieron que algunos de los eventos que estaban contando tenían que ver con contaminación por radón. Es como descubrir que el amigo que prometió ayudarte en realidad está ausente por algún otro problema.

#Verificando las Cantidades Correctas

Los datos recopilados se dividieron para analizar los niveles de contaminación más a fondo. Se dieron cuenta de que había una disminución en la actividad con el tiempo, que podían rastrear hasta la contaminación por radón proveniente del LS que se había fabricado. Ajustaron estos datos en sus ecuaciones y determinaron que los niveles de contaminación eran bastante bajos, lo cual era una buena noticia.

#Manteniendo un Ojo en el Torio También

No se olvidaron del torio; ese también puede ser escurridizo. Al aplicar métodos similares, verificaron la actividad del torio. Detectaron eventos de decaimiento a través de coincidencias temporales y cuantificaron cuánto torio estaba presente.

#Todo Sobre los Fondos

Ahora, la razón principal para verificar estas contaminaciones es asegurarse de que la búsqueda de materia oscura no se arruine por ruido de fondo. Los científicos simularon cómo se vería un "mal" fondo, comparándolo con el modelo de fondo real que tenían de su experimento. Encontraron que los niveles de contaminación de su LS eran insignificantes en lo que respecta a su búsqueda de materia oscura, asegurando que estaban listos para continuar.

#Últimos Chequeos

Para validar aún más sus resultados, el equipo recurrió a un método diferente-usando detectores de germanio de alta pureza (HPGe). Este método también verificó contaminantes, y encontraron que su LS estaba lo suficientemente limpio para el propósito que necesitaban.

#Conclusión

En resumen, los científicos detrás de la mejora de COSINE-100 han tomado todos los pasos correctos para asegurarse de que su nuevo escintilador líquido esté a la altura. El trabajo que hicieron para evaluar los niveles de pureza muestra que están listos para avanzar con su búsqueda de materia oscura. La combinación de configuraciones ingeniosas, técnicas de análisis inteligentes y un poco de paciencia los ha puesto en el camino correcto.

¿Quién sabe? Con todo este trabajo, podrían encontrar esa escurridiza materia oscura o, al menos, tener una gran historia de fiesta sobre cómo lidiaron con la traviesa radiactividad que intentaba estropear su fiesta.