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Objetivos

El objetivo principal de este proyecto es el estudio observacional de la física del período inflacionario del universo basándose en datos del Fondo Cósmico de Microondas (CMB, de sus siglas en inglés) obtenidos por el experimento QUIJOTE (Q, U, I Joint Tenerife) y el satélite Planck de la Agencia Europea del Espacio (ESA). Es crucial para este objetivo desarrollar nueva instrumentación para el experimento QUIJOTE que extienda su actual rango de frecuencias e incremente su sensibilidad. Se pondrá especial énfasis en la detección del fondo de ondas gravitacionales (GWB, de sus siglas en inglés) producido durante dicho período temprano del universo, con el objetivo de reducir la incertidumbre sobre el parámetro r (relacionado con la amplitud de dichas ondas) en alrededor de un orden de magnitud con respecto a los límites superiores actuales. El GWB deja una huella inequívoca en el modo-B de las anisotropías en polarización del CMB. Su detección representaría una confirmación única de la inflación y nos permitiría saber la escala de energías a la que sucedió. Las escalas de energías que se estudiarán son del orden o superiores a las correspondientes a las Teorías de la Gran Unificación (GUT, de sus siglas en inglés) de las interacciones fundamentales, al menos 12 órdenes de magnitud mayores que las alcanzables mediante los aceleradores de partículas actuales como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Se espera que la física de inflación sea fuertemente acotada/caracterizada mediante los datos esperados de los experimentos del CMB en desarrollo.

Nuestros resultados científicos incluirán una combinación de dos experimentos líderes en el CMB, la misión Planck de la ESA y el experimento QUIJOTE. El primero, lanzado en mayo de 2009, observará la temperatura y polarización en todo el cielo permitiéndonos una determinación de los parámetros cosmológicos con una precisión mejor que el 1%. La mayor parte de los miembros del equipo Consolider se encuentran trabajando activamente en Planck y estarán directamente involucrados en los grandes logros que se esperan alcanzar con este satélite. QUIJOTE es un experimento de polarización del fondo cósmico de microondas cuya Fase I, que ya está financiada por el PNAYA y las instituciones que forman el consorcio, consiste en un primer telescopio de 3 m (ya construido) y dos instrumentos que se pueden intercambiar en el plano focal. El primer instrumento es multi-canal, cubriendo un rango frecuencial entre 11 y 19 GHz más un único detector a 30 GHz. En estos momentos se encuentra en un estado de desarrollo muy avanzado y se espera que comiencen las observaciones de la polarización del CMB en unos pocos meses. Alrededor de un año después, se espera finalizar la construcción y empezar las observaciones con el segundo instrumento que contiene 16 detectores con una frecuencia central de 30 GHz. Mientras se lleva a cabo la campaña de observaciones con los instrumentos de la Fase I, proponemos construir la instrumentación de la Fase II del experimento que consiste en un segundo telescopio y un nuevo instrumento mucho más sensible conteniendo 50 polarímetros con detectores a una frecuencia central de 42 GHz y ancho de banda de 10 GHz. Considerándolo globalmente, se espera que en los próximos años QUIJOTE lidere las observaciones de la polarización del CMB en Europa y sea uno de los más competitivos a nivel mundial en la búsqueda del GWB primordial. Además de la Fase II de QUIJOTE, también proponemos explorar la viabilidad de un futuro interferómetro de cientos de elementos mediante el desarrollo de un demostrador, para lo que re-usaremos  los radiómetros del instrumento de 30 GHz de QUIJOTE. La superación de las dificultades relacionadas con la correlación de cientos de detectores permitirá una fuerte mejora en la sensibilidad con respecto a experimentos de imagen directa para los que el máximo número de detectores que se pueden acomodar está limitado por el espacio disponible en el plano focal.

Los ambiciosos resultados científicos que se proponen en este proyecto están fuertemente basados en el estado del arte de los desarrollos tecnológicos en el área de los amplificadores de bajo ruido en longitudes de onda milimétricas. El mejor comportamiento de los dispositivos de bajo ruido se consigue cuando se usa InP, alcanzándose temperaturas de ruido de aprox. 10 K. Sin embargo, esta tecnología solo se produce en las fundiciones de EEUU y las autoridades de este país imponen restricciones muy severas para su comercialización en otros países. Es por ello que se considera imperativo el desarrollo de dichas tecnologías en Europa para poder tener acceso a amplificadores de bajo ruido para aplicaciones astronómicas, y como subproducto, para muchas otras aplicaciones comerciales y no comerciales. La experiencia de los grupos que forman este Consolider proporciona una base muy sólida para alcanzar este importante desarrollo tecnológico.  

Los grupos que forman este equipo multidisciplinar están reconocidos internacionalmente por su experiencia en el campo del CMB, cubriendo todos los aspectos de desarrollo instrumental, instalación y operación, reducción y análisis de datos e interpretación cosmológica. Una gran parte del equipo  ha estado directamente involucrado en el desarrollo de diferentes experimentos del CMB durante los últimos 20 años, por ejemplo el experimento de Tenerife, COSMOSOMAS, el Very Small Array o Planck. Desde el punto de vista tecnológico, nuestro equipo está reconocido internacionalmente por su experiencia en el diseño y desarrollo de amplificadores para aplicaciones comerciales y no comerciales, en particular el diseño y desarrollo de los radiómetros de 30 y 44 GHz y la electrónica de los radiómetros del Instrumento de Baja Frecuencia de Planck. Desde el punto de vista de la interpretación cosmológica, nuestro equipo se compone de expertos internacionalmente reconocidos en análisis e interpretación cosmológica, incluyendo la propuesta y caracterización de nuevas fuentes de efectos primordiales en las observaciones del CMB. La calidad de los investigadores cubriendo todos los aspectos del campo del CMB desde el desarrollo instrumental a la interpretación cosmológica, junto con nuestra involucración en el satélite ya lanzado, Planck, y el desarrollo de la Fase II del experimento de polarización QUIJOTE, brinda una oportunidad única para jugar un papel de liderazgo en el campo en los próximos años.