Modelo de fondo para IAXO-D0, prototipo del experimento IAXO (International Axion Observatory)

Margalejo Blasco, Cristina
Luzón Marco, Gloria (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2018
Departamento de Física Teórica, Área de Física Atómica, Molecular y Nuclear

Máster Universitario en Física y Tecnologías Físicas

Resumen: Nuestras teorías físicas actuales sugieren que en torno a un 27% de nuestro Universo está compuesto por materia oscura, aunque esta aún no se ha detectado. Actualmente se cree que esta se compone de nuevas partículas más allá del modelo estándar, siendo los principales candidatos los WIMPs y los axiones. Existen distintos tipos de experimentos para tratar de detectar estas partículas. De entre ellos, este trabajo se centra en IAXO (International AXion Observatory), un helioscopio de axiones de cuarta generación actualmente en desarrollo. Se espera que IAXO alcance una alta sensibilidad a la débil señal de los axiones, para lo que se requiere que sea un detector de ultra bajo fondo. El objetivo de este trabajo es realizar un modelo del fondo radiactivo del prototipo IAXO-D0 para evaluar si cumple los objetivos establecidos así como encontrar posibles estrategias de reducción de fondo más allá de las ya aplicadas. Para ello se realizan una serie de simulaciones Monte Carlo que permiten realizar un primer estudio de cómo las contaminaciones radiactivas de los materiales contribuyen al fondo del detector. Se ha hallado el fondo producido por las diferentes contaminaciones de cada material del montaje de IAXO-D0: componentes de cobre (Micromegas, tubería, raqueta, cámara, patrón de araña de la ventana), recubrimiento de teflón de la vasija y la tubería, ventana de mylar, lámina de Cu-kapton-Cu de la Micromegas y blindaje de plomo. El resultado es que el fondo b = (4.31±0.915) × 10−8 c keV−1 cm−2 s−1 cuando se utiliza argón como gas activo y b = (1.09±0.0948) × 10−8 c keV−1 cm−2 s−1 para el xenón. Sólo disponemos de cotas superiores de actividad, por lo que no se puede dar una estimación de fondo con mayor precisión que la determinada por estas mediciones. Además, debido al compromiso entre tiempo de computación y estadísticas obtenidas, éstas han sido bajas en algunos casos. A pesar de esto, los resultados aquí descritos favorecen el uso de Xe+1% isobutano como gas activo y sugieren que los componentes más contaminantes son el blindaje de plomo, la Micromegas y probablemente la ventana de mylar. Los espectros de energía depositada en el gas obtenidos muestran el pico de fluorescencia del cobre (8 keV). En el caso del xenón el resto del espectro es relativamente plano en la región de interés, mientras que en el caso de argón está dominado por la contaminación procedente del 39Ar presente en el gas. Los niveles de fondo estimados demuestran que IAXO-D0 es capaz de cumplir sus objetivos.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master