Concentraciones ínfimas

Un nuevo método de detección de impurezas podría contribuir a la búsqueda de materia oscura.

Cámara de mezcla del experimento SuperCDMS para la búsqueda de materia oscura. [PAUL BRINK, COLABORACIÓN SUPERCDMS, UNIVERSIDAD STANFORD Y LABORATORIO NACIONAL DE ACELERADORES SLAC]

Una concentración de una parte en mil millones equivale a una pizca de sal en diez toneladas de patatas fritas. Ahora, los químicos han hallado un método para medir concentraciones de partículas radiactivas millones de veces más bajas. En un artículo publicado en Journal of Analytical Atomic Spectrometry, un equipo ha descrito un método que les permitió detectar el uranio y el torio radiactivos que se ocultaban entre mil billones de otros átomos.

Los elementos radiactivos se hallan de forma natural en el oro y otros metales usados a menudo en los instrumentos de laboratorio, y la posibilidad de identificar esas cantidades ínfimas podría tener repercusiones en física de partículas. Ello se debe a que las trazas radiactivas limitan la sensibilidad de los detectores que buscan partículas exóticas, como las que podrían constituir la materia oscura. Una minúscula impureza radiactiva en el seno de un detector puede producir una señal similar a la de tales partículas, lo que invalida los resultados.

«Lo primero que necesitamos son materiales lo más puros posible», subraya Michelle Dolinski, física de partículas de la Universidad Drexel y del Observatorio de Xenón Enriquecido (EXO) que no participó en el estudio. Su trabajo sobre desintegraciones exóticas se encuentra íntimamente relacionado con el de los químicos que rastrean la radiactividad.

«Las necesidades de la física impulsan la química», asegura Eric Hoppe, químico del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) y coautor del estudio. Él y sus colaboradores lograron detectar pequeñas concentraciones de torio y uranio radiactivos en muestras metálicas usando un espectrómetro de masas, que separa las partículas en función de su masa.

Lo primero que tuvieron que hacer los investigadores fue conseguir que los elementos radiactivos formaran compuestos más pesados que el resto de los átomos del metal, explica Khadouja Harouaka, autora principal y también química del PNNL. Para ello, calentaron una muestra metálica hasta que se tornó muy reactiva y después la introdujeron en una cámara llena de oxígeno. El torio o el uranio de la muestra se combinó entonces con el oxígeno, lo que generó moléculas lo bastante masivas como para distinguirlas en los datos del espectrómetro. Los científicos contaron esas partículas radiactivas oxidadas y calcularon su concentración original, lo que permite inferir cuánta radiación aportaría el material en los experimentos de física de partículas.

Muchos de los métodos de detección de partículas desarrollados hasta ahora deben modificarse para cada metal concreto. Sin embargo, la nueva técnica emplea siempre los mismos pasos de calentamiento y oxidación. «Eso pone a nuestra disposición toda una variedad de materiales», afirma Hoppe.

La elección de los materiales es fundamental en el diseño de los detectores, señala Priscilla Cushman, física de la Universidad de Minnesota y del experimento Búsqueda Criogénica de Materia Oscura (SuperCDMS) que no participó en el estudio. «En un experimento hay infinidad de pequeñas piezas con distintas funciones», detalla. «Todos los materiales que se utilizan en las conexiones eléctricas o térmicas, o incluso en el aislamiento, han de ser puros desde el punto de vista radiactivo.» Cada nuevo metal que se examine podría usarse en los componentes del detector. Hoppe también mira al futuro: «Siempre estamos tratando de eliminar todos los materiales [radiactivos] sospechosos, y este trabajo supone un gran paso adelante».

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