El ITA participa en Alemania en una reunión para aunar sinergias en el desarrollo de electrónica para detectores

Hace unos días el Instituto Tecnológico de Aragón ITA tuvo el privilegio de participar en el Common MADMAX–RADES Collaboration Meeting, celebrado en el castillo de Ringberg, en Alemania, y visitar también el Max Planck Institut für Physik, en Munich, para aunar sinergias en el desarrollo de electrónica para detectores. Asistieron nuestros compañeros Alberto Arcusa y Javier Galindo, del equipo de Tecnologías EM e instrumentación electrónica, de Tecnologías Eléctricas del ITA.

El Collaboration Meeting reunió a investigadores de diferentes centros Europeos, entre ellos también nuestros vecinos del Center for Astroparticles and High Energy Physics (CAPA) de la Universidad de Zaragoza, todos involucrados en dos de los proyectos más avanzados en la búsqueda experimental de materia oscura: RADES (Relic Axion Detector Exploratory Setup) y MADMAX (Magnetized Disc and Mirror Axion Experiment).

El castillo de Ringberg sirvió como escenario para revisar los progresos de ambas colaboraciones, explorar sinergias tecnológicas y, sobre todo, aunar esfuerzos para establecer una colaboración sólida y coordinada en el desarrollo de detectores y física de nueva generación.

Enigmas de la física moderna

En ambos experimentos se busca dar respuesta a uno de los enigmas de la física moderna, la materia oscura, una forma de materia que no emite ni refleja luz y cuya presencia solo puede inferirse a través de sus efectos gravitacionales sobre galaxias y cúmulos. Diversas observaciones cosmológicas y astrofísicas apuntan a que constituye aproximadamente el 85 % de la masa total del universo, pero su naturaleza fundamental sigue siendo desconocida. Entre las múltiples hipótesis teóricas, una de las más prometedoras postula la existencia del axión, una partícula extremadamente ligera propuesta originalmente para resolver el problema de la simetría CP en la interacción fuerte. Si existen, los axiones podrían producir señales electromagnéticas muy débiles en presencia de campos magnéticos intensos, lo que los convierte en candidatos observables mediante técnicas de detección de microondas y radiofrecuencia altamente sensibles. En este contexto los proyectos RADES y MADMAX, abordan el desafío desde perspectivas complementarias, combinando instrumentación avanzada, ingeniería electromagnética de precisión y tecnologías criogénicas con detectores de radiofrecuencia de altísima sensibilidad.

Proyecto RADES

El proyecto RADES (y su evolución DarkQuantum) es una iniciativa internacional centrada en la búsqueda directa de axiones como candidatos a la materia oscura, mediante la utilización de haloscopios, es decir, resonadores de microondas inmersos en campos magnéticos intensos. RADES se destaca por su enfoque innovador en la construcción de haloscopios mediante filtros de microondas multicavidad, lo que permite un mayor volumen activo y mayor flexibilidad en el diseño. DarkQuantum, que nace de RADES, propone integrar la “segunda revolución cuántica”, esto es, sensores cuánticos, qbits, mediciones de fotones individuales… en el entorno de experimentos de búsqueda de materia oscura. En particular, se desarrollan haloscopios que combinan tecnologías cuánticas, qbits, electrónica criogénica, mediciones de fotones… con entornos de física de partículas, imanes, cámaras de resonancia, bajo fondo, etcétera.

La relevancia de estos experimentos trasciende la mera búsqueda de materia oscura: las tecnologías desarrolladas, front-ends de radiofrecuencia (RF) de altas prestaciones, cavidades multicámara, microondas de ultra bajo ruido, sistemas de adquisición de señal de bajo ruido electromagnético, magnetismo de alta intensidad… tienen implicaciones directas para instrumentación de física de partículas, física cuántica, metrología y sensores.

En este contexto, el Instituto Tecnológico de Aragón participa en RADES, proyecto también hermano del proyecto IAXO del CAPA, aportando su experiencia acumulada en compatibilidad electromagnética (EMI/EMC), instrumentación electrónica, y tecnologías de radiofrecuencia aplicadas a detectores. Está activo en dos líneas principales de trabajo: por un lado, busca aplicar metodologías avanzadas de caracterización y mitigación de interferencias electromagnéticas (EMI/EMC) para garantizar un entorno de medida estable y libre de perturbaciones que puedan enmascarar las señales extremadamente débiles generadas por los detectores de axiones; por otro, desarrolla nuevas arquitecturas de front-ends de RF de altas prestaciones optimizadas tanto para la amplificación y digitalización de señales en baja frecuencia procedentes de cavidades resonantes, como para el control y procesado en alta frecuencia asociado a dispositivos cuánticos, donde se emplean tecnologías criogénicas y control digital de precisión para mejorar la coherencia de fase y la sensibilidad global del sistema. Se están explorando el uso de técnicas de control cuántico y electrónica de ultra baja señal aplicadas al procesado de microondas en FPGA, un área que se encuentra en la intersección entre la instrumentación científica y la ingeniería de RF para sistemas cuánticos. Este conocimiento será particularmente relevante para las aplicaciones de lectura y control de qbits que se están estudiando en las versiones avanzadas de los detectores.

Desde el ITA, esta colaboración se percibe no solo como un desafío científico, sino también como una oportunidad de transferencia tecnológica. La experiencia adquirida en entornos tan exigentes repercute directamente en la capacidad de desarrollar soluciones más robustas, precisas y sostenibles para la industria y la investigación aplicada. Nuestra experiencia acumulada en electromagnetismo, electrónica de potencia, instrumentación avanzada, compatibilidad electromagnética y diseño de convertidores proporciona una base sólida para abordar los desafíos del entorno experimental de estos proyectos, así como de novedosas aplicaciones industriales.