Resumen de Caracterización de un bolómetro centelleador de bgo (bi4ge3o12) para su aplicación en la búsqueda directa de materia oscura
Ysrael Richard Ortigoza Paredes
La Materia Oscura constituye uno de los enigmas más importantes de la Cosmología, la Astrofísica, la Física de Partículas y la reciente Física de Astropartículas. Con diversos candidatos propuestos, todos ellos fuera del Modelo Estándar de la Física de Partículas, hasta la fecha no se ha podido determinar su naturaleza y afirmar con certeza su detección.
Esta tesis doctoral es fruto de estudios realizados en los últimos cuatro años por la Colaboración ROSEBUD (Rare Objects SEarch with Bolometers UndergrounD) entre la Universidad de Zaragoza (España) y el Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS) de Orsay (Francia) para la detección directa de Materia Oscura empleando bolómetros centelleadores en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc. Este trabajo se centra en la caracterización de un bolómetro centelleador de BGO (Bi4Ge3O12) de 46 g desarrollado como prototipo para bolómetros centelleadores de mayor masa que podrían utilizarse en el futuro experimento criogénico europeo EURECA para la búsqueda directa de Materia Oscura del halo galáctico de la Vía Láctea. Para ello se han realizado medidas preliminares en el laboratorio de Orsay que han sido complementadas con medidas de ultrabajofondo radiactivo en Canfranc.
La medida simultánea de luz y calor que realizan estos detectores permite discriminar los retrocesos nucleares que inducirían las hipotéticas partículas de Materia Oscura en el detector con respecto a la interacción de otras partículas como fotones, electrones y partículas alfa. En este trabajo se analiza en detalle la respuesta en luz y calor del BGO a la interacción de los distintos tipos de partículas. Hemos identificado que en este cristal sólo el 45.6% de la energía inicialmente depositada por fotones va a calor, el 5.7% va a luz y el 48.7% a trampas. Comparando las respuestas en luz y calor producidas por neutrones y partículas alfa con respecto a las producidas por la interacción de fotones, hemos determinado que la respuesta en calor es prácticamente la misma para todas ellas, pero la respuesta en luz es 4-7 veces menor para las partículas alfa y 12 veces menor para los retrocesos.
Se ha demostrado la viabilidad del uso del BGO como espectrómetro gamma para monitorizar e identificar el fondo radiactivo beta/gamma de un experimento de Materia Oscura. Finalmente, hemos comparado el BGO con otros blancos utilizados en la actualidad en experimentos de búsqueda directa de Materia Oscura, evidenciando que el BGO es un buen blanco para el estudio de las interacciones dependientes del espín y, sobre todo, de las interacciones independientes del espín.
