La serendipia en la física nuclear y subnuclear: ¿cuál es su destino en la era de la IA?

La serendipia, o el descubrimiento fortuito e inesperado, ha sido una fuerza impulsora en la física nuclear y subnuclear. En esta charla hablaré sobre la serendipia y su relevancia en la ciencia a través de ejemplos históricos, como los descubrimientos inesperados de la radiactividad, el neutrón y la fisión del uranio, entre otros. Finalmente, discutiré el futuro de la serendipia en la era de la inteligencia artificial (IA), y abordaré temas sobre sí la IA puede replicar o potenciar la serendipia.

Reacciones de doble intercambio de carga y el modelo IBM

Se determinaron los elementos de matriz nuclear y sus aplitudes espectroscópicas para las reacciones nucleares de doble intercambio de carga en las que se ven involucrados los isótopos 130 Xe y 136 Xe, que son candidatos de interés en el decaimiento doble beta sin neutrinos. Para los cálculos se implementa el formalismo y los operadores desarrollados por R. Magaña, E. Santopinto y R. Bijker, para calcular, en el caso general, las amplitudes espectroscópicas (SA) en el esquema IBFFM desde un núcleo par a uno impar, que serán utilizadas en el código de reacción de la colaboración NUMEN, es decir, extrayendo la contribución de cada orbital.

Caracterización de haces con Espectrometría de Masas con Aceleradores

El Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas (LEMA) en el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México consiste en dos espectrómetros de masas acoplados a un acelerador Tándem de 1 MV. El principal uso de ésta instalación es hacer datación por 14C [1], pero también se pueden analizar otros isótopos cosmogénicos como 10Be, 26Al, 129I y, 239Pu [2], en el segundo espectrómetro se llevan a cabo experimentos de Física Nuclear. En el LEMA se pueden producir haces estables de iones elementales y moleculares con un amplio rango de bajas energías dependientes del estado de carga y de la intensidad de corriente. En este trabajo se presenta la caracterización de haces de Fe, Co, Ni, Cu and Zn, elementos de interés en Astrofísica nuclear, particularmente en las reacciones de captura neutrónica. Las especies isotópicas de cada elemento se definieron por energía, masa, estado de carga y se identificaron mediante la técnica de Retrodispersión de Rutherford. Referencias [1] Solís C. et. al. “A new AMS facility in Mexico”. En: Nucl. Inst. and Met. in Phys. Res. B 331 (2014), pág. 233. doi: https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.015. [2] Reza G. et. al. “Characterization of the new hybrid low-energy accelerator facility in Mexico”. En: Eur. Phys. J. Plus 134:590 (2019). doi: https://doi.org/10.1140/epjp/i2019-12950-1.

El Modelo Optico Extendido aplicado al sistema $^{14}$N +$^{9}$Be

Entre los estudios que realiza el grupo, se han analizado un buen número de sistemas, usando el Modelo Optico Extendido y se han estudiado tanto sistemas medidos por el grupo como otros reportados en la literatura. Recientemente al estudiar los sistemas $^{9}$Be + $^{12}$C y $^{9}$Be + $^{28}$Si, los resultados obtenidos muestran que en el caso del sistema ligero, $^{9}$Be + $^{12}$C, no es necesario considerar el término imaginario W$_{int}$ del Potencial Optico Extendido, mientras que, para el otro sistema más pesado, $^{9}$Be + $^{28}$Si, si es necesario considerarlo. Ante estos resultados, se decidió estudiar un sistema de masa intermedia, $^{14}$N + $^{9}$Be, que también involucra al $^{9}$Be, con la intención de investigar si la necesidad de incluir el término W$_{int}$ en los análisis presenta una dependencia con la masa del sistema y/o con el $^{9}$Be. En los análisis, para la parte real se utilizó el potencial de Sao Paulo y se planea ampliar este análisis, usando otro potencial para la parte real como el de Woods-Saxon o el de Doble Folding, con la intención de investigar si usando otro formulación para la parte real del potencial modifica los resultados obtenidos.

Progress on Constraining the Strange Quark Contribution to the Proton Axial Form Factor

We report on a global fit of neutral-current elastic (NCE) neutrino-scattering data and parity-violating electron-scattering (PVES) data with the goal of determining the strange quark contribution to the vector and axial form factors of the proton. Knowledge of the strangeness contribution to the axial form factor, $G_A^s(Q^2)$, at low $Q^2$ will reveal the strange quark contribution to the nucleon spin, as $G_A^s(Q^2=0)=\Delta s$. Previous fits [1,2] of this form included data from a variety of PVES experiments (PVA4, HAPPEx, G0, SAMPLE) and the NCE neutrino and anti-neutrino data from BNL E734. These fits did not constrain $G_A^s(Q^2)$ at low $Q^2$ very well because there was no NCE data for $Q^2<0.45$ GeV$^2$. Our new fit includes for the first time MiniBooNE NCE data from both neutrino and anti-neutrino scattering; this experiment used a hydrocarbon target and so a model of the neutrino interaction with the carbon nucleus was required. Three different nuclear models have been employed; a relativistic Fermi gas (RFG) model, the SuperScaling Approximation (SuSA) model, and a spectral function (SF) model [3]. We find a tremendous improvement in the constraint of $G_A^s(Q^2)$ at low $Q^2$ compared to previous work, although more data is needed from NCE measurements that focus on exclusive single-proton final states, for example from MicroBooNE [4]. This work has been published in Physical Review D [5]. [1] S.F. Pate, D. McKee, V. Papavassiliou, Phys. Rev. C78, 015207 (2008) [2] S.F. Pate, D. Trujillo, EPJ Web of Conferences 66, 06018 (2014) [3] C. Giusti and M.V. Ivanov, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 47 024001 (2020) [4] L. Ren, NuFact 2021, PoS, 402, 205 (2022), 10.22323/1.402.0205 [5] S.F. Pate et al., Phys. Rev. D 109, 093001, 2024

Estructura nuclear del $^{10}$Be y $^{10}$B en el marco del CSM

En este trabajo se describe el espectro de eigenestados de los núcleos vecinos $^{10}$Be y $^{10}$B en el marco del Cluster Shell Model, en el cual éstos son descritos como dos cúmulos de partículas alfa con simetría axial, y dos nucleones, dos neutrones en el caso del Berilio, y protón-neutrón en el caso del Boro. Teniendo en cuenta la interacción residual y considerando el iso-espín como buen número cuántico, se pueden construir distintos espectros muy bien caracterizados por momento angular y paridad. Estos resultados son comparados con los datos experimentales disponibles para evaluar la precisión del modelo.

Caracterización del primer estado excitado $\tfrac{1}{2}^+$ en $^9B$ por análisis con R-matrix

Aunque el doblete de isospín $^9Be\, |\, ^9$B se ha estudiado por muchos años, la observación y predicción del primer estado excitado $\tfrac{1}{2}^+$ en $^9B$ permanece inconclusa. Se han medido diferentes reacciones donde el valor experimenta oscila de 0.8 a 1.90 MeV. Se realizó un experimento para medir la reacción de intercambio de carga $^9Be\, (\, ^3He,t)\, ^9$B en el espectrómetro K600 en iThemba LABS. Este experimento combina la alta resolución del espectrómetro (K600) a 0$^\circ$ y la alta eficiencia del arreglo de detectores CAKE. El análisis de datos se hizo reconstruyendo la región de baja excitación en $^9B$ a través del análisis del momento de los tritios, detectados en el plano focal, en coincidencia con protones detectados por CAKE. Trabajo futuro incluye análisis con R-matrix, requerido para identificar el primer estado excitado $\tfrac{1}{2}^+$ en $^9B$ de manera más concluyente.

Análisis de NORM en sedimento del Golfo de México afectado por la Industria Petrolera

La radioactividad es un fenómeno natural que ha estado presente desde el origen de nuestro universo. La radioecología es el área de la ciencia que se encarga de estudiar el comportamiento de elementos radioactivos en los diferentes componentes de los ecosistemas, así como brindar herramientas y mecanismos para conocer su alcance e impacto en la salud humana y de los seres vivos. El estudio de los materiales con contenido radioactivos de origen natural, NORM, por sus siglas en inglés, es uno de los temas de investigación que actualmente son de gran interés para la comunidad científica. Este trabajo se enfoca en el análisis de sedimento del Golfo de México afectado por la industria petrolera, reconocida a nivel internacional como industria NORM, para evaluar los indicadores de contaminación ambiental por radionucleidos naturales. Los métodos incluyen la colecta y preparación de muestras de sedimento y su análisis por la técnica de espectrometría de rayos gamma. Los resultados de $^{214}_{}Pb$, $^{214}_{}Bi$,$^{212}_{}Pb$, $^{212}_{}Bi$,$^{228}_{}Ac$,$^{208}_{}Tl$, $^{210}_{}Pb$ y $^{40}_{}K$ son del orden de $9-670 Bq/kg$. Las principales conclusiones son discutidas para evaluar el impacto radioecológico de la industria petrolera en el sedimento estudiado.

Modelos sencillos de masas nucleares

Empleamos tres versiones del modelo de la gota que describen las masas nucleares para analizar la precisión de sus predicciones. Los dos primeros incluyen términos de Coulomb y de simetría modificados, uno incorpora además efectos de asimetría de isospín [1]. El tercero incluye adicionalmente correcciones empíricas asociadas al modelo de capas utilizando los números de valencia de los neutrones y protones [2]. Convirtiéndolo en un modelo macroscópico-microscópico. Los parámetros de los modelos se obtienen minimizando la raíz del error cuadrático medio (RMS) a través de la rutina migrad de iminuit [3]. Esta rutina es aplicada a las energías de amarre medidas de 2457 núcleos reportadas en AME2021 [4]. El RMS mayor se encuentra en los dos primeros modelos que exceden los 2000 KeV, mientras que el RMS del tercer modelo se reduce a la mitad gracias a que considera los efectos de capa. Por lo tanto, esta modelo seria el más adecuado al calcular masas nucleares. [1] C. Barbero, J. G. Hirsch, A. E. Mariano, Nucl. Phys. A 874 (2012) 81-97 [2] J. Mendoza-Temis, et all, Nucl. Phys. A 812 (2008) 28-45 [3] James, F. & Roos, M. Minuit: A System for Function Minimization and Analysis of the Parameter Errors and Correlations. Comput. Phys. Commun. 10, 343–367 (1975). [4] Meng Wang et al 2021 Chinese Phys. C 45 030003

Dos estrategias de diseño de los últimos cinco ciclos de operación para un reactor de agua en ebullición

En este trabajo se presentan los resultados para dos estrategias con respecto al diseño de los últimos cinco ciclos de operación de un reactor de agua en ebullición (BWR por sus siglas en inglés). Considerando que el tiempo destinado a los últimos cinco ciclos de operación de un reactor BWR puede verse reducido debido a diversos factores en la operación del mismo, y con el objetivo de evitar un último ciclo con un periodo muy recudido, se contempló el diseñar los últimos cinco ciclos con una menor duración a los anteriores y con recargas de combustible de 108 y 112 ensambles frescos para los ciclos 37, 38 y 39 y 40 y 41 respectivamente. Para ello, las recargas iniciales de cada ciclo de operación se realizaron de forma manual, aplicando reglas conocidas en el área de la administración de combustible nuclear y, posteriormente, se optimizaron utilizando el sistema QUINALLI (Castillo et al, 2007). Todas las configuraciones que surgieron del proceso de optimización fueron evaluadas con el código comercial en 3D SIMULATE (Dean, 2005). Los resultados indican que esta propuesta logró mejorar los promedios del quemado a la descarga en cada ciclo de operación, ya que estos poseen valores más altos, con respecto al ciclo de equilibrio utilizado como referencia. Esto representa una opción de mejora económica debido a que se utilizaron menos ensambles de los previstos, además de tener un mejor aprovechamiento de ellos.

Caracterización de centelladores recubiertos con diferentes materiales para su aplicación en detectores de reacciones nucleares en Astrofísica

Se estudiaron y compararon plásticos centelladores idénticos recubiertos con diferentes materiales y propiedades ópticas específicas para medir el máximo número de fotones con el objetivo de mejorar el diseño y la construcción de un blindaje activo para experimentos de física nuclear a bajas energías en el Laboratorio de Espectrometría de Masas con Aceleradores (LEMA).

Espectro tipo mesónico a bajas energías: Uso de métodos de muchos cuerpos para la descripción de masas de estados y sus anchos asociados

El estudio de las propiedades para el régimen de bajas energías de los espectros hadrónicos es una tarea ardua, aun hoy en día el régimen de la QCD no perturbativa es un tema difícil de abordar por los métodos ya existentes. Una alternativa explorada desde inicios de este siglo es restringir la teoría de QCD a sus grados de libertad efectivos, en este trabajo presentamos los resultados preliminares de utilizar la teoría BCS para dotar de masa efectiva a los quarks y anti-quarks que componen a las cuasi-partículas tipo mesónicas para después realizar el cálculo del espectro utilizando la técnica de la $\textit{Random Phase Approximation}$ (RPA) y sus anchos asociados, motivado en trabajos anteriores donde se exploró el alcance de un modelo estructurado en el grupo de simetrías SO(4) para el cálculo de estos mismos espectros tipo mesónico.

Reevaluación de fuentes alfa de Pu para medición por espectrometría de masas con aceleradores

Existe una gran variedad de isotopos de plutonio (Pu) presentes en el ambiente debido a su aplicación en energía nuclear, principalmente por emisiones de reactores nucleares, accidentes relacionados a estos, y exposiciones a pruebas armamentales. La medición del cociente isotópico de Pu (240Pu/239Pu) en muestras ambientales ha proporcionado información valiosa sobre las características de su origen y la contribución restante causada por el uso de estos radioisótopos, así como su posible impacto en la salud humana. La medición de Pu usando espectrometría alfa es limitada por su resolución, lo que hace que a la Espectrometría de Masas con Acelerador (AMS, por sus siglas en inglés) la herramienta optima dada su alta sensibilidad y baja incertidumbre. Esta investigación tiene como objetivo optimizar el tratamiento radioquímico y el proceso de electrodeposición de los radioisótopos de Pu para la apertura de la línea de investigación de este elemento en el Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas con Aceleradores (LEMA).

Reactores de neutrones rápidos modelo BN-800

Con base en el continuo desarrollo de las necesidades energéticas y los compromisos medioambientales contraídos por el gobierno mexicano, los reactores tipo BN-800 son una estrategia plausible en la ruta de lograr la suficiencia y la soberanía energética en el país. En el presente trabajo se describe el funcionamiento del reactor de cuarta generación de neutrones rápidos BN-800, abordando las características, ventajas y desventajas de su funcionamiento. Esta nueva generación de reactores representa una mejora considerable en términos de eficiencia, seguridad y sustentabilidad. También se realiza un análisis del sistema energético nacional ante la probable inserción de estos reactores nucleares de nuevo tipo.

Prototipo de un arreglo de detectores para espectroscopía de rayos gamma para experimentos de física nuclear a bajas energías

Se llevó a cabo el diseño y montaje de un prototipo de arreglo de detectores para espectrometría de rayos gamma en el Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas con Aceleradores (LEMA). Se realizaron pruebas con la reacción nuclear ${}^{nat}Mg(p,\gamma)$, presentando aquí un análisis preliminar de los datos obtenidos con estas pruebas. Este prototipo de arreglo de detectores es la base para el diseño y construcción de un modelo más robusto, que consistirá en un detector de LaBr3, cubierto por blindajes pasivo y activos que será puesto en servicio en la línea nuclear del acelerador de partículas del LEMA para experimentos de física nuclear a bajas energías.

Daño de un plástico centellador sometido a altas dosis de radiación gamma

Daño de un plástico centellador sometido a altas dosis de radiación gamma. Rojas Hernández Frida Teresita¹, Daniel José Marín Lámbarri², Benjamín Leal Acevedo³, Carlos Valencia Morales² ¹Licenciatura en Física, Facultad de Ciencias, UNAM ²Instituto de Física UNAM ³Instituto de Ciencias Nucleares UNAM Plásticos centelladores en forma de prisma de 2 x 1 x 0.2 cm fueron irradiados con diferentes dosis de radiación con el objetivo de estudiar el daño causado por ésta a través de el cambio en la respuesta de energía en el detector, tiempos de respuesta, borde de absorción, transmitancia, rendimiento luminoso, y el tiempo de recuperación del material. La luz de centelleo fue colectada con un tubo fotomultiplicador (PMT) y se utilizaron fuentes de radiación gamma conocidas, con la finalidad de cuantificar el daño generado al someterse a los campos intensos de radiación.

Medición "in situ" de campos intensos de radiación gamma con un centellador orgánico

El presente trabajo describe el diseño, la construcción y la caracterización de un detector centellador plástico para campos intensos de radiación gamma. El detector consta de un centelleador plástico BC-408 y una guía óptica de PMMA, que sirve como acoplamiento entre el centelleador y un tubo fotomultiplicador. El ensamble de estos componentes utilizó piezas impresas en 3D diseñadas para el acoplamiento experimental. Se realizaron pruebas con diferentes longitudes de fibra óptica y diferentes tamaños de centelleadores cilíndricos utilizando fuentes de rayos gamma certificadas de distintas intensidades e isotopos tales como $^{60}$Co, $^{137}$Cs y $^{241}$Am . Además, se midió la integral de los conteos por canal para cada prueba, estableciendo una relación entre la tasa de conteo y el tamaño de los centelleadores. También se realizó la primer medición "in situ" de una fuente intensa de radiación gamma.

Caracterización y simulación de un detector de neutrones rápidos

MONDE-II es un detector centellador orgánico diseñado y construido en el IFUNAM como equipo complementario para experimentos con haces del acelerador Van de Graaff de 5.5 MV (el VDG55, localizado en la torre del IFUNAM) en investigaciones de física nuclear básica y aplicada. Cuenta con una geometría invariante a rotaciones junto con una distribución uniforme de los tubos fotomultiplicadores y tiene la capacidad de detectar neutrones rápidos ($E_n>1\,MeV$) y es sensible a la posición. Cuando se cuenta con una referencia temporal (coincidencia o RF) es posible obtener la información completa del vector momento del neutrón detectado. En este trabajo se presenta la simulación en Monte Carlo (Geant 4) de un detector de neutrones rápidos para validar el modelo y la caracterización del detector MONDE-II con una fuente de $AmBe$, ajustando las ganancias de los fotomultiplicadores y configurando la electrónica. Con lo anterior, se compararon las posiciones calculadas y simuladas usando el algoritmo de centro de masa (Anger) empleando el software Root Cern. Este trabajo ha sido posible gracias al apoyo financiero de los proyectos PAPIIT-UNAM con números IG102023, IG101423, IN112023.

Nuevas aplicaciones en el Laboratorio Nacional de Espectrometría de Masas con Aceleradores (LEMA)

En este trabajo presentamos nuevas aplicaciones y haces que se han desarrollado y caracterizado en la línea de física nuclear del separador isotópico del LEMA. Aparte de AMS con Carbón, Berilio, Aluminio, Yodo, Uranio, Plutonio, Torio. Se han probado blancos criogénicos dentro del proyecto de NUMEN, Se han implantado blancos con $ ^{13}C, ^{28}Si, ^{78,80,82}Se, ^{79,81} Br, ^{127}I$ , se ha hecho IBA (Ion Beam Analysis) con protones, $^{12}C, ^{28}Si$. Investigación en física nuclear con protones, $^{9}Be, ^{12}C$. Se está probando el monitor de perfil de haz (Beam Profile Monitor BPM) como integrador de carga.

Análisis de muones con detectores MRPC: Estudiando el plasma de quarks y gluones para el experimento ALICE

En el Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM, se está investigando la detección de muones mediante un detector conocido como MRPC, ampliamente utilizado en experimentos como ALICE del CERN. La estructura del detector incluye capas muy delgadas de vidrio, micas de plástico, placas de circuito impreso, separadores de acrílico y una cámara de aluminio que aísla el arreglo. El gas utilizado es una mezcla de Freón, iso-butano y SF6. Los muones se generan cuando rayos cósmicos interactúan con partículas de la atmósfera superior. Las señales producidas por la interacción de un muón con el detector, se registran en las placas de circuito impreso. Una vez llegada la etapa de recopilación de datos, dichas señales permitirán reconstruir la trayectoria y posición de los muones, así como calcular su velocidad utilizando dos MRPCs separadas por una distancia conocida. Este trabajo no solo contribuirá al entendimiento de los muones y su detección, sino que también podrá ser utilizado para proporcionar información relevante sobre el plasma de quarks y gluones.