• Imprimeix

Butlletí RECERCAT
L’IFAE col·labora en el DUNE, el detector de neutrins d’argó líquid més gran del món

El laboratori europeu CERN (Organització Europea de Recerca Nuclear) i el laboratori nord-americà Fermilab avancen cap a la construcció del DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment, o experiment de neutrins subterrani profund), el detector de neutrins d’argó líquid més gran del món. Aquesta col·laboració científica, en què participen l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE),el Centre d’Investigacions Energètiques Mediambientals i Tecnològiques (CIEMAT), l’Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) i l’Institut de Física Teòrica (IFT), investigarà les partícules elementals més abundants de l’univers, els neutrins, per donar resposta a les principals qüestions de la física.

09/11/2018 13:11
R141_CENT_particules neutrins

Interior del ProtoDUNE / CERN

Els primers detectors construïts són els dos ProtoDUNE (prototips del DUNE). Han trigat dos anys a construir-los i vuit setmanes a omplir-los d’argó líquid, que cal mantenir a una temperatura per sota de -184 graus centígrads. Els dos ProtoDUNE ja s’han posat en marxa i han començat a registrar a l’argó traces de partícules procedents tant dels raigs còsmics com les generades al complex d’acceleradors del CERN, on s’han construït.

Els prototips tenen la mida d’un edifici de tres plantes amb forma de cub gegant i són els dos primers prototips dels detectors del projecte DUNE que acull el laboratori nacional Fermi (Fermilab) als Estats Units. Quan el DUNE comenci a prendre dades el 2026, serà 20 vegades més gran que aquests prototips.

En els propers mesos els científics posaran en marxa el detector per provar la tecnologia que permet observar com els neutrins xoquen amb els nuclis d’argó i produeixen partícules carregades que deixen traces d’ions. El laboratori podrà crear imatges en tres dimensions de l’impacte d’aquestes partícules, que són invisibles d’una altra manera.

El primer prototip que ha començat a registrar les traces de neutrins ha estat l’anomenat single-phase (ProtoDune SP). L’IFIC ja ha desenvolupat el sistema per controlar la temperatura de l’argó líquid, el més gran i precís desenvolupat per a experiments de física de partícules, fins ara. També coordinarà el sistema per mesurar la temperatura i que li servirà per controlar la resta del detector, i es responsabilitza de desenvolupar el programari per reconstruir i analitzar les traces de partícules detectades.

El CIEMAT i l’IFAE són responsables del sistema de detecció de llum del ProtoDUNE-DP (dual-phase), format per 36 fotomultiplicadors que detecten i amplifiquen la llum produïda per les interaccions de partícules en el detector i la converteixen en un senyal elèctric. El CIEMAT porta a terme la caracterització d’aquests fotomultiplicadors per comprendre la seva resposta davant de diferents senyals de llum. Els fotomultiplicadors tenen un revestiment especial que permet canviar la llum invisible produïda a l’argó a una longitud d’ona visible pels detectors, tasca que realitza l’IFAE.

La tecnologia emprada en aquests primers detectors del ProtoDUNE serà la mateixa que s’utilitzarà per als mòduls que s’instal·laran als Estats Units, que es construiran en una mina subterrània a Dakota del Sud. Més de 1.000 científics i enginyers de 32 països de cinc continents participen en el desenvolupament, disseny i construcció del DUNE, que va començar a construir-se el juliol del 2017.

Els científics del DUNE no només estudiaran els neutrins, sinó que també investigaran la seva contrapart d’antimatèria, els antineutrins, que podrien donar pistes de per què l’univers està dominat per la matèria. També es té previst fer recerca en neutrins produïts en explosions estel·lars, que podrien revelar la formació d’estrelles de neutrons i forats negres. Al mateix temps, es podrà comprovar si els protons «viuen» per sempre o es desintegren, ja que observar la desintegració del protó ens acostaria al somni d’Albert Einstein de la teoria de la gran unificació.