El proyecto Aria: ¿detectaremos la presencia de materia oscura?

La materia oscura, sigue siendo un enigma, su naturaleza es aún desconocida además constituye la mayor parte de la materia de nuestro universo.


La materia oscura, sigue siendo un enigma, su naturaleza es aún desconocida además  constituye la mayor parte de la materia de nuestro universo, donde está presente en cantidades cinco veces mayores que la materia ordinaria. Llegar a comprenderla sería una contribución decisiva a infinidad de estudios sobre cosmología, física y astrofísica.

En la búsqueda de encontrar explicaciones científicas se creó el experimento DarkSide-20k está dirigido por la Colaboración Científica Internacional DarkSide, en la que trabajan más de 500 investigadores de universidades e institutos de investigación de todo el mundo.

En el 2015 se inició  el proyecto Aria, que forma parte del experimento DarkSide-20k, realizado en los Laboratorios Nacionales Gran Sasso (LNGS) del Instituto Italiano de Física Nuclear (INFN), cuyo objetivo es detectar la presencia de materia oscura.

Para llevar a cabo el experimento, los investigadores utilizarán un detector que emplea argón líquido como centelleador para detectar la interacción de las  Weakly Interacting Massive Particles o partículas masivas débilmente interactuantes, una especie de partículas que algunas teorías consideran entre las candidatas más prometedoras como componentes de la materia oscura.

Todo esto es posible utilizando grandes cantidades de argón empobrecido, es decir, sin el isótopo 39, de aquí han surgido dos proyectos del INFN relacionados con DarkSide: Urania y Aria.

El primer paso de desarrollo de este experimento es la construcción de una instalación en Colorado, donde se ha encontrado una fuente de argón limpia bajo tierra, protegida de los rayos cósmicos y, por tanto, no contaminada por ellos.

 

Gracias al proyecto Urania, iniciado a su vez por el INFN, el argón empobrecido que se obtenga se transportará a Cerdeña, donde será cuidadosamente filtrado y purificado mediante el proyecto Aria. Por último, el argón puro se introducirá en el detector DarkSide-20 de los laboratorios nacionales Gran Sasso con fines de investigación.

Para resumir podemos decir que El Proyecto Aria consiste en la construcción de una columna de destilación para la producción de argón superpuro, así como un sistema de refrigeración de nitrógeno líquido basado en los equipos de Vanzetti Engineering, empresa italiana conocida por fabricar bombas y sistemas criogénicos para muchos proyectos importantes relacionados sobre todo con el procesamiento de gas natural licuado, pero también con el procesamiento de gases presentes en el aire.

El objetivo principal de la columna de destilación del Proyecto Aria es producir argón para el experimento DarkSide, pero como permite producir isótopos estables de otros elementos (como el oxígeno-18, el carbono-12 y el nitrógeno-15, además de otros posibles isótopos), también tiene un importante interés industrial y comercial para diversas aplicaciones, como la medicina nuclear para el diagnóstico médico, la agricultura biológica o la microelectrónica de precisión”, explica Federico Gabriele, Coordinador Técnico del proyecto e investigador del INFN.

La compañía italiana ha proporcionado dos bombas de relanzamiento del nitrógeno líquido, que se utilizan para trasladar el nitrógeno líquido desde el fondo hasta la parte superior de la columna. Este movimiento contribuye a la purificación extrema del argón mediante ciclos repetidos de evaporación y condensación, con el objetivo último de eliminar las sustancias no deseadas que pudieran alterar los resultados de los experimentos científicos realizados sobre la materia oscura.

El proyecto también requirió la construcción de un pozo bajo tierra para anclar la columna de destilación, de unos 350 metros de altura, ya que sería imposible construir una estructura de soporte de tales dimensiones en la superficie.

“Actualmente, estas sustancias solo se producen en unos pocos centros de todo el mundo mediante diferentes métodos, como la técnica de centrifugación, que requiere un gran consumo de energía”, añade Gabriele.

“En cambio, el Proyecto Aria aprovecha la diferencia de volatilidad entre estas sustancias; de hecho, la destilación se realiza por separación de los isótopos gracias a su coeficiente de volatilidad, lo que permite reducir considerablemente los costes de producción. Teniendo en cuenta que las cantidades diarias de producción de estas sustancias son actualmente del orden de decenas de kilos y que se trata de un mercado en rápida expansión, está clara la importancia del proyecto y el considerable potencial de esta planta, que será única en el mundo por su tipo y tamaño, incluso a nivel industrial”.

Las bombas criogénicas son uno de los pocos elementos del sistema que se instalan en el fondo del pozo de la mina. Las bombas VT-1 fueron elegidas precisamente porque, además de garantizar una altura de impulsión de 350 metros, son capaces de funcionar de forma óptima continuamente (24 horas diarias cada día de la semana) incluso en entornos cerrados con altos niveles de humedad.

Referencia: 

NCYT. 2022. El proyecto Aria y la materia oscura. (Press Release)

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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