Comienza la prueba de la tecnología del experimento DUNE El

El prototipo 35-ton probará la tecnología a ser potencialmente usada en el experimento DUNE (Deep
Underground Neutrino Experiment). Foto: Reidar Hahn
5 febrero 2016
Comienza la prueba de la tecnología del experimento DUNE
El camino hacia el detector de neutrinos mas grande el mundo, tomando el
“Buggy DUNE.”
Por Lauren Biron
El proyecto DUNE ( de la sigla en ingles Deep Underground Neutrino Experiment), usara
70,000 toneladas de argón liquido, haciendo a este el experimento mas grande de este tipo,
100 veces mas grande que los detectores de partículas de argón liquido que se han
construido hasta el momento.
Antes de construir esta maquina sin precedentes, los científicos quieren asegurarse que este
detector funcionara correctamente. Por esta razón miembros de la colaboración internacional
DUNE recientemente iniciaron la toma de datos usando un prototipo de este detector.
“Como podemos confiar que lo que queremos realizar para DUNE funcionará
correctamente?” dice Michelle Stancari, Co-coordinadora del prototipo de DUNE. “Aqui es
donde el prototipo 35 toneladas entra en juego.”
El tamaño real de los detectores de DUNE, los cuales serán instalados a una milla bajo tierra
en un complejo llamado “Sanford Underground Research Facility”, tendrá la tarea de abordar
algunas de las mayores preguntas sin resolver en la física. Estos detectores ayudaran a
determinar si los neutrinos son la razón de que exista nuestro universo pleno de materia,
podrán observar la formación de un agujero negro en una galaxia cercana, y permitirá la
búsqueda del decaimiento del proton, acercándonos a realizar el sueño de Einstein de una
teoría unificada de la materia y la energía.
“De las partículas del modelo estándar, los neutrinos son las partículas menos entendidas”
dice Celio Moura, un profesor de la universidad federal de ABC en Brasil quien trabaja en el
prototipo. “Necesitamos grandes experimentos para encontrar esta difícil información sobre
los neutrinos pero tenemos que empezar poco a poco.”
Uno de esto pequeños pasos es en realidad una de las mayores cámaras de proyección
temporal (TPC, del ingles Time Projection Chamber) de argón liquido jamas construida. Aquí
es donde los científicos observaron las primeras trayectorias de los rayos cósmicos.
Construido en el laboratorio Fermi National Accelerator Laboratory (FERMILAB) del
departamento de energía de Estados Unidos, el prototipo de 35 toneladas (conocido como
35-ton, el cual puede contener un carro pequeño en su recipiente para el argón liquido)
recibió el nombre de “Buggy DUNE” después de que un miembro del grupo con inclinaciones
artísticas adicionara con Photoshop llantas de un camión (monster truck) a la imagen del
prototipo.
Con el prototipo en funcionamiento, los investigadores revisan que todos los componentes
del detector trabajen apropiadamente para entonces dar inicio a los estudios formales. Los
científicos planean usar el prototipo para evaluar las componentes del detector que no han
sido probadas antes en estas condiciones.
“El objetivo de esto es encontrar los puntos débiles que necesitan ser corregidos, como
también identificar las partes que funcionan correctamente,” dice Alan Hahn co-coordinador
del prototipo 35-ton.
Las partes nuevas incluyen fotodetectores rediseñados, prismas rectangulares largos con un
revestimiento especial que permite cambiar la luz invisible a una longitud de onda visible y
transportar esta luz para las componentes electrónicas de los detectores.
Los científicos de DUNE también están prestando especial atención a los planos de hilos
conductores (del ingles wire planes) del detector prototipo, piezas que mantienen los hilos
conductores finos estirados a través del detector cuya tarea es capturar electrones. Para
asegurar que los marcos logren alcanzar en el estrecho espacio de acceso a la mina, y
evitar tener que estirar los hilos conductores a lo largo de distancias muy grandes, corriendo
el riesgo que estos hilos conductores se desprendan, los científicos piensan usar una serie
de planos de menor tamaño. Estos planos de hilo conductor deberán medir las trayectorias
producidas en el argon liquido tanto en el frente como en la parte posterior de los planos, a
diferencia de otros detectores de este mismo estilo.
“Nadie mas tiene esto” dice Hahn. “Uno de los objetivos principales de la toma de datos del
35T es mostrar que puede reconstruir trayectorias en este tipo de planos de hilos
conductores.”
Cuando los rayos cósmicos pasan a través del argón liquido, electrones y luz son emitidosseñales visibles de que partículas invisibles pasan a través de el detector. La localización e
intensidad de estas trayectorias son recopiladas y digitalizadas, dando a los científicos idea
de la dirección , momento, energía y tipo de partículas.
Los ingenieros del proyecto también han movido algunas partes de la electrónica de los
detectores dentro del criostato, el cual mantiene el argón liquido a -300 grados Fahrenheit (184 grados centígrados).
Planos de hilos conductores entrelazados dentro del detector prototipo 35-ton. Foto: Reidar Hahn
Como sera hecho con los detectores completos, el desarrollo de las partes y piezas del
prototipo 35-ton dependen del trabajo en equipo. La colaboración DUNE tiene alrededor de
800 miembros de 26 países alrededor del mundo.
“Esto es realmente internacional, de otra forma no funcionaría” dice Karl Warburton, un
estudiante de Doctorado de la universidad de Sheffield en el Reino Unido quien trabaja en el
prototipo. “Necesitamos las mejores mentes de todos los lugares. Esto es como en el LHC.”
Para el 35-ton los laboratorios nacionales de Brookhaven (BNL) y SLAC proveen gran parte
del equipo electrónico, la Universidad del Estado de Indiana, Universidad del Estado de
Colorado, Universidad del Estado de Louisiana y el Instituto Tecnológico de Massachusetts
(MIT) trabajaron en los detectores de luz; las universidades de Oxford, Sussex y Sheffield
ayudaron a construir las cámaras digitales especiales que funcionan en el argón liquido
ademas de escribir el software que permite interpretar los datos. Fermilab fue el responsable
del criostato y el sistema de soporte criogénico.
Los científicos usaran lo que aprendan en esta versión para construir módulos a escala
completa para un prototipo mayor, de 400 toneladas, a ser instalado en el CERN. Esta sera
la prueba final antes de la construcción del primero de los cuatro grandes detectores del
experimento, el cual esta programado para iniciar en el año 2024.
“Sera muy importante para la colaboración tener este prototipo como una referencia,” dice
Mark Thomson, Co-portavoz de DUNE. “Este es un paso fundamental.”
Traducido por David Martinez (Illinois Institute of Technology) y Luis Echeverri (Universidad de
Nariño)