Mejoran un dispositivo creado en Brasil para la realización de un experimento internacional con neutrinos

Uno de los mentores del detector de luz del Deep Underground Neutrino Experiment presentó el X-Arapuca, su nueva versión que hará más eficaz la captura de fotones, durante la FAPESP Week London

Por André Julião, desde Londres  |  Agência FAPESP – Una parte vital de uno de los mayores experimentos de la actual física de partículas se desarrolló en Brasil. El Arapuca es un detector de luz que se instalará en el Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), un proyecto en cuyo marco se apunta a descubrir nuevas propiedades de los neutrinos, partículas elementales de escasísima masa y que viajan a una velocidad muy cercana a la de la luz.

El X-Arapuca es una evolución del detector de luz creado por los profesores Ettore Segreto, del Instituto de Física Gleb Wataghin, de la Universidad de Campinas (Unicamp), y Ana Amélia Bergamini Machado, investigadora colaboradora del referido instituto. Este dispositivo se dio a conocer durante el primer día de la FAPESP Week London, un evento realizado entre los días 11 y 12 de febrero de 2019.

Los científicos cuentan con el apoyo de la FAPESP a través del Programa de argón líquido de la Unicamp.

Este detector se instalará en el DUNE, cuya construcción se pondrá en marcha en el año 2021, en Estados Unidos (Lea más sobre este proyecto en: agencia.fapesp.br/25568). Este experimento se compondrá de dos partes. En una de ellas, en el Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), situado en el estado de Illinois, habrá un acelerador de partículas que disparará un poderoso haz de neutrinos. Y allí estará apostado también uno de los detectores, no muy lejos del acelerador. 

En la otra punta, a una distancia de 1.300 kilómetros, en la Sanford Underground Research Facility, en Dakota del Sur, habrá otro detector. Éste estará ubicado a 1.500 metros por debajo del nivel del suelo, y en su interior habrá 70 mil toneladas de argón líquido. Además, allí estarán los 60 mil detectores X-Arapuca, que se encargarán de detectar las partículas de luz emitidas con el haz. Cada X-Arapuca medirá 10 x 8 centímetros.

Todo este sistema está probándose en una versión a menor escala: el protoDUNE, en funcionamiento desde el mes de septiembre de 2018 en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), con sede en la frontera entre Francia y Suiza.

Una trampa

“Éste es el desarrollo más reciente del Arapuca [voz tupí que quiere decir trampa en portugués brasileño]. Y tiene una eficacia aún mayor basada en idéntico principio, aunque con pequeñas modificaciones. Estamos realizando las pruebas en la Unicamp y el detector parece ser muy bueno. Además, su construcción es más sencilla”, declaró Segreto a Agência FAPESP.

Una de las modificaciones consistió en la inclusión de una guía de luz, un dispositivo elaborado con un material que mantiene a los fotones dentro del detector más eficazmente. Con más luz capturada, se hace más fácil medir sus propiedades. “La idea subyacente a estos detectores mayores consiste en orientar aún más a los fotones hacia los detectores activos, sensores de silicio que son mucho menores”, dijo Segreto.

Estos pequeños sensores serán las únicas partes del X-Arapuca que no se producirán en Brasil. “La idea es que todos los otros componentes se fabriquen en el país, y que lo propio también se concrete con respecto al montaje”, dijo el investigador, quien coordinará toda la parte de detección de luz del experimento (Lea más en portugués, en: agencia.fapesp.br/26040/).

La luz se producirá cuando el haz de neutrinos llegue al argón líquido presente en el principal detector del DUNE y produzca centelleos. Entre los factores que pesaron en la elección del argón líquido se encuentra su capacidad de centelleo mucho mayor que la del agua, utilizada en otros experimentos como el Super-Kamiokande, de Japón.

El argón estará distribuido en cuatro módulos: el gas se mantendrá en estado líquido mediante refrigeración a -184 grados celsius. Y así permitirá también obtener imágenes de las interacciones en 3D con un grado inédito de detalles y precisión.

Este experimento aportará respuestas referentes a la formación del Universo, como en lo concerniente a la denominada “violación de la simetría de carga-paridad de los leptones”, que habría producido un pequeño excedente de materia con relación a la antimateria inmediatamente después del Big Bang. Este excedente compondría en la actualidad todo el universo observable.

Colaboración internacional

Stefan Söldner-Rembold, docente de la Universidad de Mánchester y uno de los conferencistas del evento, elogió la participación brasileña en el experimento. El investigador está a cargo de la parte correspondiente al Reino Unido en el consorcio. 

“Uno de los retos que afrontamos en acuerdos de este tipo está relacionado con los aportes de recursos que las distintas agencias de financiación de otros países realizan. Quienes ponen dinero pretenden que el mismo se gaste localmente y también que la capacidad se desarrolle localmente. La idea es que Brasil no contribuya únicamente con fondos sino también que los detectores se construyan en el país y se instalen en el DUNE con conocimiento brasileño. En general es difícil lograr esto, pero lo lograremos en este caso”, dijo el investigador.

Lea más sobre la FAPESP Week London: www.fapesp.br/week2019/london/.