El rápido desarrollo de la física de astropartículas ha dado lugar al diseño de nuevos tipos de infraestructuras. En laboratorios subterráneos o con telescopios especiales, antenas satelitales u observatorios de superficie, los físicos emplean nuevos métodos de detección para observar neutrinos, rayos gamma y rayos cósmicos de alta energías. También están en busca de la materia oscura y ondas gravitacionales. En México se requiere un esfuerzo considerable para acelerar el ritmo de desarrollo de esta nueva disciplina. La presente propuesta es un paso en esta dirección y con ella se busca fomentar la investigación teórica y experimental y la formación de recursos humanos en física y astrofísica de altas energías, fortaleciendo la presencia la UNAM en experimentos que se llevan a cabo en laboratorios subterráneos. El programa experimental estará centrado en la física de partículas elementales en laboratorios subterráneos e incluirá el desarrollo de técnicas de detección de materia oscura en forma de WIMPS ("Weak Interacting Massive Particles") y de neutrinos producidos en reactores nucleares. Estos trabajos se llevarán a cabo como parte de la Colaboración Internacional DAMIC ("Dark Matter in CCD's"), conformada por científicos de la UNAM, Fermilab (EE.UU), el Centro Atómico Bariloche (Argentina), entre otras instituciones. El detector de materia oscura empleará como elemento sensible tarjetas CCD ("Charged Coupled Devices") a bajas temperaturas y operará en el interior de una mina en México, realizando observaciones complementarias a las de un detector similar que se instalará en el laboratorio SNOLab, en Canadá. A futuro se planea operar otro detector con la misma tecnología en el hemisferio sur. La combinación de las observaciones de los distintos sitios permitirá examinar con detalle la modulación anual en una posible señal causada por WIMPS. Detectores con estas características ofrecen también la posibilidad de medir la dispersión elástica coherente de neutrinos con núcleos. Este proceso, predicho por el Modelo Estandar (ME) de las interacciones fundamentales, no ha sido observado hasta ahora, debido a que las energías involucradas son muy bajas y no se ha podido reducir el umbral de detección al nivel requerido. Los sensores CCD ofrecen una manera innovadora y relativamente económica de alcanzar este objetivo. Además del esfuerzo experimental, produndizaremos investigaciones teóricas en curso sobre la fenomenología de las astropartículas [Acero 2011] e iniciaremos otras nuevas. Para ello contaremos con la colaboración de investigadores externos que se desempeñaron como posdoc en nuestro grupo y varios alumnos que están realizando tesis en temas del proyecto o las iniciarán durante su desarrollo. Las cuestiones más relevantes que planeamos abordar son las siguientes: (i) Estudio de las propiedades de los neutrinos basado en el análisis de los datos experimentales más recientes sobre oscilaciones de neutrinos, tomando en cuenta la mezcla entre tres neutrinos activos e incluyendo la posibilidad de la existencia de neutrinos estériles. (ii) Cálculos analíticos y numéricos de los efectos de la materia sobre las oscilaciones de neutrinos a fin de indagar correcciones al efecto MSW introducidas por efectos subdominantes, como, por ejemplo, el campo magnético solar y la materia terrestre. (iii) Estudio analítico comparativos de las de oscilaciones en materia de los neutrinos y antineutrinos. (iv) Estudios del ruido de fondo en laboratorios subterráneo y su efecto en la sensibilidad de detectores de materia oscura basados en CCDS.

Las contribuciones más significativas del proyecto serán: - Fortalecer la participación del grupo mexicano dentro de la colaboración internacional DAMIC, cuyo propósito es realizar un experimento de detección directa de materia oscura, con detectores de tarjetas CCD operando a latitudes distintas. - Diseñar y fabricar un novedoso detector criogénico de materia oscura basado en la tecnología de tarjetas CCD, que permita explorar la región de WIMP de baja masa. - Instalar y operar en condiciones adecuadas para su funcionamiento el detector de materia oscura. Para ello deberá acondicionarse un sitio en el interior de una mina en territorio nacional. De concretarse, sería el primer experimento de este tipo que se lleva a cabo en México. - Con base a los avances que se logren en el experimento de materia oscura, se evaluará el potencial de un detector basado en la tecnología de sensores CCD para medir la dispersión elástica coherente de antineutrinos del electrón y núcleos. De ser factible el experimento se ubicaría en la planta nuclear de Laguna Verde. - Apoyar la presencia de México dentro de la colaboración ANDES conformada junto con científicos de Argentina, Brasil y Chile, la cual ha venido promoviendo la construcción en el interior de la Cordillera de los Andes de un laboratorio subterráneo multidisciplinario, único en su tipo en el hemisferio sur. - Contribuir al desarrollo de la investigación científica y la formación de recursos humanos en física de astropartículas, en sus componentes experimental, fenomenológica y teórica, buscando acrecentar la sinergia entre ellas y contribuir a la solución de problemas de frontera relacionados con los neutrinos y materia oscura.