Científicos de la Universidad de Coimbra logran la mejor purificación del isótopo 222Rn, mejorando la detección de materia oscura en el experimento XENONnT, instalado en Italia.
Un grupo de científicos del Laboratorio de Instrumentación, Ingeniería Biomédica y Física de la Radiación (LIBPhys) de la Facultad de Ciencias y Tecnología de la Universidad de Coimbra ha logrado un avance significativo en la purificación del isótopo radiactivo 222 de Radón (222Rn). Este logro histórico consiste en reducir su concentración a tan solo 430 átomos por tonelada de xenón líquido, una cifra que representa una mejora notable, cinco veces inferior a lo conseguido en experimentos previos con tecnologías similares.
Este resultado se enmarca dentro del proyecto internacional XENONnT, diseñado para detectar materia oscura. La instalación se encuentra en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso, Italia, a 1300 metros bajo tierra, lo que permite disminuir drásticamente los niveles de radiación cósmica que existen en la superficie terrestre. El sistema utiliza seis toneladas de xenón ultra-purificado como objetivo para sus investigaciones.
El coordinador del equipo portugués, José Matias-Lopes, explica que al atravesar el xenón, la radiación puede generar señales mínimas tanto de luz como de carga. Sin embargo, más del 99,99% de estas señales provienen de radiaciones conocidas, lo que permite calcular con precisión el número esperado de eventos.
Para medir fenómenos tan raros como los neutrinos o la materia oscura, es crucial que el objetivo tenga un nivel extremadamente bajo de radiación ambiental. Para lograrlo, se han considerado todas las fuentes posibles de radiación, incluyendo aquellas presentes en el propio xenón y en los materiales utilizados para construir el sistema XENONnT.
Según uno de los investigadores del Departamento de Física en FCTUC, la colaboración XENONnT ha conseguido reducir el nivel de contaminación por 222Rn gracias a una columna de destilación equipada con un innovador sistema criogénico desarrollado específicamente para este propósito. “Todos los materiales utilizados en XENONnT han sido seleccionados meticulosamente para asegurar el menor nivel posible de radicación”, afirma el científico.
XENONnT se ubica en un lugar del planeta con la menor radiación ambiental conocida hasta ahora, marcando el inicio de una nueva era en la búsqueda de materia oscura. Esta instalación permitirá comenzar a detectar el neblinoso entorno donde coexisten neutrinos y materia oscura, cuya identificación es compleja debido a su naturaleza casi indistinguible.
El extraordinariamente bajo nivel de radiación alcanzado por este sistema también abre las puertas al estudio de fenómenos inusuales como la interacción entre materia oscura y partículas análogas a los axiomes solares. Además, se podrán investigar neutrinos con momento magnético anómalo y realizar detecciones mediante dispersión elástica coherente neutrino-núcleo (CEvNS).
"Con estas condiciones excepcionales, XENONnT reafirma su posición como el mejor observatorio para partículas espaciales de baja energía", concluye Matias-Lopes. Esto significa que podrá llevar a cabo mediciones precisas sobre neutrinos y buscar eventos extremadamente raros como el doble decaimiento beta en los isótopos 124 y 126 del xenón. Asimismo, continuará evaluando una amplia gama de candidatos a materia oscura, incluyendo partículas masivas con interacciones muy débiles (WIMPs).
El artículo científico titulado “Radon Removal in XENONnT down to the Solar Neutrino Level” proporciona más detalles sobre estos avances significativos.