Creado como un proyecto multidisciplinario en el Laboratorio de Materiales de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), los doctores Rodolfo Palomino Merino, Eduardo Moreno Barbosa y José Eduardo Espinosa Rosales diseñaron un plástico centellador de bajo costo, que puede ser utilizado en los experimentos de detección de partículas y astropartículas, como los que se usan en el Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) o en el observatorio de rayos cósmicos Pierre Auger, entre otros.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Moreno Barbosa, responsable del diseño electrónico, explicó que en el mercado internacional ya existe una variedad de estos plásticos, utilizados en experimentos relacionados con el estudio de partículas o astropartículas; sin embargo, se comercializan a costos muy elevados, a diferencia del que han creado con un precio menor de 50 por ciento del costo habitual.
El plástico centellador que se ha creado en el laboratorio de materiales de la FCFM de la BUAP, además de poder ser empleado para detectar partículas, también ha tenido aplicaciones en el área médica, como monitor de radiación, lo que derivó en una patente.
"En los equipos para el tratamiento de cáncer, llamados aceleradores lineales, se genera una cantidad de radiación grande en los pacientes, entonces diseñamos un dispositivo, también de plástico, con una parte óptica y otra electrónica, además del acoplamiento a una computadora que se le coloca en el aparato para detectar la dosis de radiación que recibe del paciente, es decir, hacemos la medición de energía, además de que sirve para monitorear el funcionamiento del equipo", explicó para la Agencia Informativa Conacyt el doctor Palomino Merino, especialista en el área de materiales.
Este tipo de plásticos lo que hacen es observar y detectar las partículas cargadas que pasan por este, por medio de la ionización e interaccionan con él para producir una luz, la cual es procesada mediante un sistema electrónico para su análisis. La luz que se obtiene es proporcional a la energía que dejó la partícula en su paso, algo parecido a una huella. Con esta información se puede obtener toda una gama de datos cuando hay choques de partículas.
Palomino Merino refirió que la fórmula para crear el plástico centellador no difiere en mucho de las que comúnmente hay en el mercado, solo que en su caso el poliestireno fue sintetizado con una concentración específica de dopantes que permiten detectar las partículas que pasan por este medio.
"El plástico es comercial, pero el que tenemos es nuestro diseño, aunque los materiales químicos son los empleados comúnmente, solo que este tiene un aditamento que permite la captación de la luz que dejan las partículas, es decir, el plástico por sí mismo no genera nada, sino que debe de pasar una partícula para que interaccione y genere una luz para conocer los rangos de energías que se determinan con análisis posteriores".
En cuanto al diseño electrónico, a cargo del doctor Moreno Barbosa, se basó en un sistema mínimo para adquirir la señal de procesamiento con tubos fotomultiplicadores que pueden captar hasta un fotón, ya que la idea, dijo, era tener un contador portátil con el mínimo de componentes electrónicos y que fuera económico, además de movible.
PRUEBAS EN LA PIRAMIDE DE CHOLULA
Para probar la eficiencia para detectar partículas de este plástico centellador, los doctores Rodolfo Palomino Merino, José Eduardo Espinosa y Eduardo Moreno Barbosa colocaron una placa de este plástico con un dispositivo electrónico dentro de la pirámide de San Andrés Cholula durante un mes, el cual estuvo funcionando de manera continua, realizando mediciones sobre las partículas que penetraban dentro de esta zona arqueológica.
"Tenemos un flujo permanente de partículas que constantemente nos llegan y cuando uno pone un material encima este flujo disminuye, quitando partículas de más baja energía, así que la idea de ponerlo dentro de la pirámide era observar qué tanto se disminuía el flujo y después caracterizar las señales observadas en el plástico, tanto dentro de la pirámide como fuera de ella, y así hacer un estudio comparativo", detalló el doctor Moreno Barbosa, responsable de realizar el análisis de datos obtenidos.
El investigador añadió que fue interesante observar las señales en el interior, debido a la cantidad de material sobre el detector pero además diferentes formas de pulso, que indicaban una posible interacción con la pirámide misma que pudiera generar, por una parte, nuevas partículas, o bien que podían llegar dos partículas al mismo tiempo y registrar su paso a través de este plástico.
Los primeros resultados fueron presentados en el XIII International Symposium on Radiation Physics celebrado en Puebla del 24 al 26 de mayo de 2017 con el título Study of secondary muons detected within the tunnels of the Cholula pyramid y saldrá publicado en la revista Journal of Nuclear Physics, Material Sciences, Radiation and Applications, agregando la colaboración del arqueólogo Eduardo Merlo Juárez y el antropólogo Martín Cruz Sánchez, del Centro INAH Cholula y Puebla.
La luz tiene un amplio espectro y cuando la partícula interacciona, en este caso con el plástico, emite una luz cercana al ultravioleta y el azul, ya que los detectores que se utilizan tienen una eficiencia alta en este rango de luz, explicó el doctor Moreno Barbosa, quien además aclaró que dependiendo del tipo de experimento que se realiza es como se genera la electrónica para optimizar el rango de energías que se desean captar.
Por ejemplo, las astropartículas son de muy altas energías, pero también están las partículas de energías más pequeñas que se utilizan generalmente para tratamientos o diagnósticos en el área médica.
"Muchos experimentos siguen utilizando fotomultiplicadores, que son los que ven hasta un fotón, entonces si generan un solo fotón o tres, muchos sistemas no son capaces de observar esa cantidad tan minúscula de luz, por eso es necesario este tipo de sensores y el material para que genere la luz cuando pasa la partícula, de ahí la utilidad del plástico".
Después de trabajar durante tres años en la creación de este material, los doctores Palomino, Espinosa y Moreno reconocen que el siguiente reto es buscar nuevos mecanismos en los procesos de producción del plástico, que permitan un diseño de mayores dimensiones para que pueda ser utilizado en experimentos más grandes como el observatorio HAWC (High Altitude Water Cherenkov), ubicado en la Sierra Negra de Puebla, y que fue diseñado para detectar rayos gamma de origen cósmico a través de la medición de cascadas atmosféricas.
El observatorio HAWC usa como detectores tanques de agua ultrapura como medio radiador para observar las partículas, pero si se utilizara el poliestireno se podría diferenciar mejor las partículas y los tipos de energía, así como la dirección del arribo, señaló el doctor Moreno Barbosa.
Actualmente, el equipo de investigadores ya ha recibido ofertas para proporcionar este plástico a un nuevo acelerador en Rusia, con la exigencia de un metro de diámetro, algo en lo que ya trabajan.
