PICO

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 en Canadá para la búsqueda de objetos supersimétricos , o Projet d' Identification de CA ndidats Supersymétriques SO mbres en francés) fue una colaboración internacional con miembros de la Université de Montréal , Queen's University , Indiana University South Bend y Czech Technical University en Praga , University of Alberta , Laurentian University y BTI, Chalk River, Ontario. PICASSO era predominantemente sensible a las interacciones dependientes del espín de partículas masivas de interacción débil (WIMP) con átomos de flúor .

COUPP (Observatorio de Chicagoland para Física Subterránea ) fue un proyecto similar con miembros de Fermilab , la Universidad de Chicago y la Universidad de Indiana . Se probaron prototipos en el experimento MINOS , ubicado en el pabellón, y también se llevó a cabo un experimento a mayor escala en SNOLAB. Este último utilizó trifluoroiodometano (CF₃I ₎ como medio.

Un detector de burbujas es un dispositivo sensible a la radiación que utiliza pequeñas gotas de líquido sobrecalentado suspendidas en una matriz de gel. ^{[ 3 ]} Utiliza el principio de una cámara de burbujas , pero como solo las pequeñas gotas 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 la burbuja 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 prácticamente insensible a la radiación de fondo . La sensibilidad del detector se puede ajustar cambiando la temperatura de las gotas. Los detectores cargados con freón suelen funcionar a temperaturas entre 15 y 55 °C (60 y 130 °F) .  

La validez del concepto del 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 se llevó a cabo en SNOLAB. Tuvo dos fases de observación: la primera con 2 elementos detectores (resultados publicados en 2009) y la segunda con 10 (resultados publicados en 2012). La configuración final del detector contaba con 32 elementos (resultados no publicados). No se detectó ninguna señal de materia oscura.

La colaboración COUPP operó una cámara de burbujas en Fermilab entre 2011 y 2012. Se dispararon partículas de un haz de acelerador de partículas contra la cámara para evaluar la tecnología de detección de materia oscura.

La colaboración COUPP operó una cámara de burbujas con 3,5  kg de CF₃I _en el área subterránea de 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 CF₃I _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 resultados (noviembre de 2009) para interacciones WIMP dependientes del espín en ¹⁹ F . No se ha encontrado ninguna señal de materia oscura, pero para masas WIMP de Se han obtenido nuevos límites estrictos de 24 GeV/c² en la sección transversal dependiente del espín para la ^dispersión de WIMP en ^19F .13,9 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 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 de 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 ² : 0,032 pb (90% CL) para la sección transversal de protones. Para la sección transversal de la región de baja masa independiente del espín cerca de 7 GeV:1,41 × 10 ⁻⁴  pb límite superior (IC del 90 %)

El proyecto PICO comenzó con la fusión de los grupos PICASSO y COUPP en 2013. El experimento PICO se ubica en SNOLAB , Canadá, en una mina a 2  km de profundidad. Hasta 2018, la colaboración PICO operaba dos experimentos en SNOLAB: una cámara de burbujas llamada PICO-2L y una cámara llamada PICO-60 (anteriormente denominada 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 C₃F₈ _{. En 2018} se planificó una versión más grande del experimento . Esta versión más grande tendría un volumen objetivo de 250-500 litros (denominada PICO-250 o PICO-500, respectivamente). ^{[ 7 ]}

PICO-2L: PICO-2L fue la primera cámara de burbujas en entrar en funcionamiento en octubre de 2013. Sus ensayos científicos se llevaron a cabo entre octubre de 2013 y mayo de 2014 (primer ensayo) y entre febrero de 2015 y noviembre de 2015 (segundo ensayo). PICO-2L fue desmantelada en 2016.

PICO-60: El PICO-60 sucedió _al PICO-2L. Comenzó a tomar datos en 2013 y esta primera fase científica se prolongó hasta mayo de 2014. Para esta primera fase, el detector se llenó con CF₃I y solo utilizó aproximadamente la mitad de su capacidad en términos de volumen activo (el volumen activo era de 25 litros). Tras esta fase inicial, el detector fue reacondicionado, el material objetivo se cambió a _C₃F₈ y el volumen activo se incrementó a su capacidad máxima (53 litros). Los trabajos de reacondicionamiento se completaron y la segunda fase científica comenzó _en el verano de 2016. La segunda fase científica finalizó en el verano de 2017, tras lo cual el PICO-60 fue desmantelado.

PICO-40L: La estación experimental PICO-60 se utiliza para una nueva cámara de burbujas denominada PICO-40L. La PICO-40L es un nuevo tipo de cámara de burbujas cuya estructura técnica elimina la necesidad de un líquido amortiguador, que es una fuente de ruido en las mediciones. La construcción de la PICO-40L comenzó en SNOLAB en 2019 y finalizó en 2020. Actualmente se están poniendo en marcha 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 aproximadamente 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 de PICO-500, centrándose en el recipiente interno y el recipiente de presión. PICO planea operar PICO-500 con C₃F₈ para _{lograr una sensibilidad líder a nivel mundial 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 utilizadas con fines de calibración (no para la detección de materia oscura), como las cámaras CIRTE (COUPP Iodine Recoil Efficiency) y PICO-0.1.

• V. Zacek (2007). «Materia oscura». págs. 170–206 . arXiv : 0707.0472 . doi : 10.1142/9789812776105_0007 . ISBN  978-981-277-609-9. S2CID 16734425 . {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda ) ; Falta o está vacío |title=( ayuda )

• Sitio web del experimento PICO
• Sitio web del experimento PICASSO (histórico)
• Sitio web del experimento COUPP (histórico)