Después de un largo período de desarrollo y pruebas, un grupo de investigadores en Brasil está entregando su sistema de detección de neutrinos a un gran proyecto internacional de física de partículas dirigido por Fermilab, el principal laboratorio estadounidense de física de partículas, en Batavia. afueras de Chicago.
Es, literalmente, un conjunto de trampas para capturar señales de estas escurridizas partículas neutras, cuya existencia se conoce desde hace décadas pero sigue siendo un misterio.
La idea del sistema de fotodetección nació con la pareja Ettore Segreto y Ana Amélia Bergamini Machado, él italiano, ella brasileña, ambos investigadores de la Unicamp (Universidad Estatal de Campinas).
El diseño que idearon básicamente actúa como una trampa de luz, permitiendo que los fotones individuales (las partículas de las que está hecha la luz) entren, pero no salgan, hasta que son absorbidos y registrados por un detector de silicio en el interior. De ahí el nombre Arapuca, en referencia a la palabra que, en tupí-guaraní, significa «trampa para atrapar pájaros».
Las estimaciones iniciales indicaban que podría ser 10 veces más sensible que otras propuestas para el sistema de fotodetección (detección por luz), lo que entusiasmó al equipo responsable de Dune. Acrónimo de Deep Underground Neutrino Experiment, este gran proyecto, cuando entre en funcionamiento, debería ser el detector más sensible de estas partículas del mundo.
Arapuca, que comenzó como una idea de la pareja, terminó convirtiéndose en la pieza central del más grande e internacional de los consorcios involucrados en el proyecto. “En el grupo de fotodetección hay más de 300 investigadores, en 47 universidades, en USA, en Latinoamérica, en Europa y ahora tenemos una adhesión de Corea del Sur”, dice Segreto. «Diez países en total».
En reconocimiento a la importancia de la contribución, el investigador entró en la carrera para ser uno de los líderes de Dune en 2022.
En 2017, durante una visita al Cern (el centro europeo de física de partículas), en Ginebra, Suiza, el modelo fue perfeccionado por el dúo y rebautizado como X Arapuca. Y ahora, el equipo de Segreto y Machado está por culminar la entrega de 40 de estas X Arapucas, de dos metros de largo por 12 cm de ancho y 2 cm de espesor.
“En abril terminamos de entregarlos. Fueron concebidos, ensamblados y probados en Brasil. La mayoría de las piezas fueron fabricadas en el estado de São Paulo”, destaca Machado. Estas 40 placas se utilizarán en el Proto-Dune, un prototipo del equipo final, en proceso de instalación en el Cern.
La obra es financiada por la Fapesp (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) y se estima que se han invertido US$ 3 millones en la iniciativa en el lado nacional.
La saga de los neutrinos
Aunque estas partículas elementales se detectaron por primera vez en 1956, todavía hay mucho que no sabemos sobre ellas. Eso es porque son extremadamente ligeros y pequeños. Con carga neutra, interactúan muy poco con la materia convencional, lo que hace que su detección sea un desafío. A pesar de esto, juegan un papel clave en la física que hace que las estrellas brillen e incluso exploten al final de sus vidas.
Sabemos que existen en tres tipos diferentes, llamados neutrino-electrón, neutrino-muón y neutrino-tau, y que pueden «oscilar», es decir, cambiar de un tipo a otro a lo largo del tiempo. Nadie sabe con certeza cómo o por qué. Dune tiene como objetivo explorar exactamente estas preguntas.
Mientras el prototipo se instala a nivel del suelo, el equipo final (que contará con 1.500 X Arapucas, que se producirán en los próximos dos años) se instalará bajo tierra, a 1,6 km de la superficie, en Lead, Dakota del Norte. ).
La idea de “enterrar” el experimento es bloquear al máximo los rayos cósmicos capaces de activar los detectores. A medida que los neutrinos atraviesan la materia con mayor facilidad, cuanto más se profundiza, más frecuentes se vuelven.
Cuando esté terminado, Dune consistirá en cuatro grandes piscinas subterráneas, cada una llena con 17.000 toneladas de argón líquido (que solo se puede mantener en ese estado si se mantiene a -187°C). Los tanques estarán rodeados por los sistemas de detección.
Y habrá tres objetivos principales del proyecto: buscar, en el estudio de las oscilaciones de neutrinos, evidencia de algo que los físicos llaman una violación de la paridad de carga (que a su vez puede aclarar por qué todo lo que vemos en el Universo está hecho de materia, no antimateria), intente detectar la descomposición de un protón (algo que no sabemos si realmente ocurre) y capture las emisiones de neutrinos de las supernovas (se sabe que tales explosiones estelares emiten grandes cantidades de ellos y es posible detectarlos incluso antes de que nos alcance la luz de la detonación).
Como no es posible depender de las supernovas para entregar neutrinos a pedido, para cumplir con sus otros objetivos, Dune se apoyará en otra fuente: Fermilab, en Batavia. Generará un haz que atravesará 1.300 km bajo tierra hasta llegar a los tanques experimentales de Lead.
Con cada choque fortuito de un neutrino con un átomo de argón, aparecerán dos señales: una más rápida, denominada centelleo, que consiste en la producción de luz resultante del choque, y otra más lenta, ionización, que implica la perturbación de un electrón. unido al argón y detectado por una red eléctrica.
Arapuca se ocupa de la señal luminosa, que indica el momento exacto de la colisión. También es su responsabilidad detectar neutrinos que puedan provenir de supernovas, así como indicar si un protón ha decaído. La señal de ionización indica la trayectoria y el tipo de partícula que golpea el detector.
Calendario
Más de la mitad de las piezas del Proto-Dune ya han estado en Europa y se espera que la instalación se complete en agosto, por lo que el tanque se puede llenar con argón líquido y el prototipo puede comenzar en septiembre. Y ya es posible obtener algo de ciencia con esta versión preliminar del sistema.
“Hará caracterizaciones de la respuesta al argón, calibraciones, pruebas de la tecnología, de los detectores”, dice Segreto. «Ahora, si hay una supernova y está funcionando, podría detectarla», agrega Machado.
Mientras tanto, el trabajo continúa a toda marcha para Dune. Actualmente se están construyendo las salas subterráneas que recibirán los equipos. En Brasil, el X Arapucas para él debería producirse entre 2023 y 2024. Sigue la integración de equipos, que debería llevar algunos años. El experimento debería estar listo para comenzar la toma de datos científicos en 2029.
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Fuente: uol.com.br