Europa concede a Igor G. Irastorza, físico de astropartículas de Unizar, el proyecto DarkQuantum financiado con casi 13M€ para desarrollar sensores cuánticos y avanzar en la detección de la Materia Oscura

(Zaragoza, jueves, 26 de octubre de 2023). El investigador Igor García Irastorza, catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear y nuevo director del Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (CAPA) de la Universidad de Zaragoza, coordina el proyecto DarkQuantum, que acaba de conseguir una prestigiosa “Synergy Grant” del Consejo Europeo de Investigación (European Research Council, ERC), dotada con casi 13 millones de euros, de los cuales 4 asignados al nodo de Zaragoza.

 

El objetivo del proyecto es el desarrollo de nuevos sensores cuánticos de sensibilidad sin precedentes y su aplicación en experimentos de búsqueda de axiones, partículas hipotéticas que podrían componer la Materia Oscura. El proyecto se apoya en la extensa trayectoria del investigador aragonés en este tipo de experimentos, explotando innovaciones recientes del campo de las tecnologías cuánticas. “Si la hipótesis del axión como Materia Oscura es cierta, tenemos posibilidades reales de detectarla con este proyecto DarkQuantum y de realizar un descubrimiento de primer nivel con implicaciones en Física de partículas, Cosmología y Astrofísica”, ha señalado hoy Igor G. Irastorza en la rueda de prensa celebrada hoy en el Paraninfo de la Universidad de Zaragoza, acompañado por el rector, José Antonio Mayoral, y la vicerrectora de Política Científica, Rosa Bolea.

 

Es la tercera vez que el investigador aragonés consigue una prestigiosa ayuda del ERC, tras una “Starting Grant” en 2009 y una “Advanced Grant” en 2018 y, además, es la primera vez que para la Universidad de Zaragoza se consigue una ayuda de tipo “Synergy Grant”, las mejor dotadas y más competitivas del Consejo Europeo de Investigación (ERC).

 

Los proyectos “Synergy” del ERC pretenden aunar la experiencia de varios investigadores principales (entre 2 y 4) para abordar investigaciones muy ambiciosas, que no podrían llevarse a cabo de manera individual. El proyecto que ha logrado García Irastorza es uno de los 37 proyectos seleccionados por el Consejo Europeo de Investigación entre un total de 395 propuestas a esta convocatoria.

 

Para el rector de la Universidad de Zaragoza, José Antonio Mayoral, la obtención de este proyecto por Igor G. Irastorza pone de manifiesto la excelencia científica que demuestra el personal investigador de nuestro campus público aragonés. “Es un verdadero orgullo como rector de esta universidad contar con trayectorias tan excepcionales como la que Igor García Irastorza ha venido demostrando desde sus inicios, con unaStarting Grant” para jóvenes investigadores en el 2009, una “Advanced Grant” en 2018, con una carrera científica más que consolidada, y ahora, que ha logrado una “Synergy Grant”, que muy pocos consiguen, porque no olvidemos que es una liga de excelencia científica al máximo nivel”.

En este sentido se ha pronunciado también la vicerrectora de Política Científica, Rosa M. Bolea, que ha felicitado a Igor García Irastorza, “por ser un valor seguro y en alza para nuestra universidad pública aragonesa, por su dedicación, esfuerzo e investigación en el ámbito de la Física de Astropartículas, que sin duda ha contribuido a convertir a la Universidad de Zaragoza en un referente internacional en el estudio de la materia oscura”. 

La Universidad de Zaragoza pasa de 15 a 16 proyectos ERC

Asimismo, la vicerrectora Rosa Bolea ha puesto de manifiesto la profesionalidad de la Oficina de Proyectos Europeos, que asesora al personal científico de la institución en la presentación de proyectos de investigación en convocatorias europeas. De hecho, con esta nueva concesión, el número total de ERCs en la Universidad de Zaragoza pasa de 15 a 16 proyectos ERC, con una financiación global de 28,6M€ del Consejo Europeo de Investigación, la mayor y más decidida apuesta de la Unión Europea por la investigación. En concreto, los 16 proyectos ERC obtenidos desde el 2009 hasta el momento se distribuyen en cinco categorías: Starting (6), Consolidator (3), Advanced (4) y Proof of Concept (2) y una Synergy Grant.

   

En DarkQuantum se desarrollarán nuevos sensores de fotones basados en avances recientes, similares a los que permiten ahora construir los bits cuánticos (o “qubits”) que componen los primeros ordenadores cuánticos. Posteriormente estos sensores se instalarán en dos experimentos que buscarán axiones de Materia Oscura con una sensibilidad inédita hasta ahora. Uno de ellos se planea instalar en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, y será el primer experimento de este tipo bajo tierra. El segundo se instalará dentro del imán BabyIAXO, actualmente en construcción como parte del Observatorio Internacional de Axiones (IAXO), en el DESY, en Hamburgo, proyecto liderado por Irastorza para el que ya recibió financiación del ERC en 2018.

 

El proyecto DarkQuantum incluye, además de Irastorza, otros tres expertos internacionales en distintos aspectos de las tecnologías cuánticas, a saber, Takis Kontos de la École Normale Supérieure de Paris, Sorin Paraoanu de la Universidad Aalto en Finlandia, y Wolfgang Wernsdorfer del Instituto Tecnológico de Karlsruhe, Alemania. 

 

Igor García Irastorzaes doctor en Física por la Universidad de Zaragoza, ha trabajado en centros internacionales como el Laboratorio Europeo de Física de Partículas, CERN, en Ginebra, y en el Commisariat à l’ Énergie Atomique (CEA) de Saclay, en París, y desde 2007 en la U. de Zaragoza. Actualmente es catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear, y director del Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías (CAPA) de la Universidad de Zaragoza, cargo que ocupa desde hace apenas unas semanas.

 

Disfruta de una trayectoria de prestigio internacional en diversas búsquedas de Materia Oscura. Lidera el experimento TREX-DM en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, actualmente en toma de datos, fruto de una línea de investigación iniciada con la primera “Starting Grant” del ERC obtenida en 2009. Actualmente es también portavoz científico de la colaboración del Observatorio Internacional de Axiones (IAXO) cuya primera fase intermedia, BabyIAXO, está en construcción en los laboratorios de DESY en Hamburgo, y que busca la detección de axiones producidos en el Sol. También es el iniciador del proyecto RADES, en el que se desarrollan nuevas variantes de los ``haloscopios de axiones’’, y que, junto con IAXO, será el marco donde se implementará el proyecto DarkQuantum que ha sido ahora financiado.

 

La Materia Oscura es un componente mayoritario del Universo, unas 5 veces más abundante que la materia convencional (estrellas y planetas). Se conoce su existencia por la atracción gravitatoria que ejerce sobre la materia visible circundante. Sin embargo, no sabemos cuál es su naturaleza. Según una de las hipótesis más extendidas, la Materia Oscura estaría compuesta de partículas masivas de débil interacción (WIMPs, por sus siglas en inglés), que estarían atravesando la Tierra en grandes cantidades sin prácticamente interactuar con nosotros. Esta hipótesis está detrás de la mayoría de experimentos llevados a cabo en laboratorios subterráneos como el Laboratorio de Canfranc, así como de muchas de las investigaciones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el famoso acelerador del CERN en Ginebra. Tras varias décadas de esfuerzos, sin embargo, los físicos de partículas siguen sin evidencia de los WIMPs.

 

Una hipótesis alternativa es que la materia oscura esté compuesta de otro tipo de partículas distinto, neutras, muy ligeras y que interaccionan muy débilmente con la materia ordinaria, denominadas axiones. Los axiones fueron propuestos a nivel teórico hace 45 años para resolver cuestiones de la simetría de inversión temporal en las teorías de física de partículas (es decir, si las ecuaciones que gobiernan las partículas y su dinámica permanecen idénticas al invertir la dirección del tiempo). Los axiones podrían haberse producido en grandes cantidades tras el Big Bang y comportarse exactamente como la Materia Oscura que observamos. Demostrar la existencia de los axiones es uno de los retos más importantes de la física de partículas actual. La teoría predice que, de existir, los axiones se podrían transformar en fotones (y viceversa) en el seno de campos electromagnéticos. Esta propiedad es crucial para diseñar experimentos que intenten detectarlos. Los axiones del halo de Materia Oscura en el que estaría inmersa nuestra galaxia se transformarían en fotones potencialmente detectables dentro de cavidades de radiofrecuencia resonantes, colocadas dentro de potentes imanes. Este es el principio de los “haloscopios de axiones”, uno de las vías más prometedoras para intentar la detección del axión. Lamentablemente, las señales predichas por la mayoría de los modelos teóricos son demasiado débiles para las tecnologías de detección actuales.

La naturaleza cuántica de la realidad se conoce a nivel teórico desde hace mucho tiempo, pero solo recientemente la tecnología nos ha permitido hacerla manifiesta y manipularla casi a voluntad en nuestros laboratorios. Fenómenos cuánticos que desafían nuestra intuición como la teletransportación, la superposición de estados, el entrelazamiento o la coherencia cuántica se observan ahora casi rutinariamente en sistemas cuidadosamente preparados (fotones, electrones, átomos, iones,... e incluso pequeños circuitos eléctricos). Es la llamada segunda revolución cuántica que, entre otras cosas, anticipa la llegada, en un futuro que ya está aquí, de los ordenadores cuánticos. Estas mismas tecnologías permiten la construcción de sistemas que son ultrasensibles a cantidades ínfimas de radiación electromagnética, con un ruido de fondo mucho más bajo que las tecnologías convencionales. DarkQuantum aplicará esta capacidad de detección a la cuestión de la Materia Oscura. Si la hipótesis del axión como Materia Oscura es cierta, DarkQuantum tiene opciones de hacer un descubrimiento de primer nivel con implicaciones en Física de partículas, Cosmología y Astrofísica.

 

La rueda de prensa está disponible en el canal de YouTube de la Universidad de Zaragoza

 

Se adjuntan imágenes de Igor G. Irastroza, junto al rector J.A. Mayoral, la vicerrectora Rosa Bolea, el hasta ahora director del CAPA, Manuel Asorey, la vicegerente de Investigación, Raquel Rodríguez, y la directora de la Oficina de Proyectos Europeos, Pilar Calatayud.