{"id":9323,"date":"2021-06-10T11:02:06","date_gmt":"2021-06-10T09:02:06","guid":{"rendered":"http:\/\/localhost:8888\/igfae-ber\/?p=9323"},"modified":"2024-04-12T14:23:11","modified_gmt":"2024-04-12T12:23:11","slug":"neutrino-detector-dune","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/igfae.usc.es\/igfae\/es\/neutrino-detector-dune\/","title":{"rendered":"Tecnolog\u00eda del IGFAE para desenmascarar a los escurridizos neutrinos"},"content":{"rendered":"

Un equipo del Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) trabaja en el desarrollo de una nueva t\u00e9cnica de detecci\u00f3n para el experimento DUNE, el m\u00e1s sofisticado del mundo en el estudio de los neutrinos, ubicado entre el acelerador de part\u00edculas PIP-II, en Fermilab, y el laboratorio subterr\u00e1neo de Sanford (EE. UU.). Entre los objetivos cient\u00edficos de DUNE se encuentra la observaci\u00f3n, con una precisi\u00f3n sin precedentes, de c\u00f3mo los neutrinos cambian de identidad o \u2018sabor\u2019 mientras se desplazan, lo que podr\u00eda ayudar a explicar la asimetr\u00eda observada entre la materia y antimateria en nuestro universo.<\/strong><\/p>\n

Los neutrinos son fantasmas extremadamente veloces del mundo subat\u00f3mico. Como su masa es tan peque\u00f1a y no tienen carga el\u00e9ctrica \u2012de ah\u00ed lo de neutrino\u2012 apenas interaccionan con otras part\u00edculas. De hecho, son tan ligeros y d\u00e9bilmente interactuantes que el mundo en que vivimos les resulta altamente transparente. Los hay de 3 tipos \u2012electr\u00f3nicos, mu\u00f3nicos y tau\u00f3nicos\u2012 y mientras viajan por el espacio van mutando de identidad (\u2018sabor\u2019, en la jerga del campo) seg\u00fan la diferencia de masa entre ellos. Determinar las propiedades de los neutrinos de forma directa es adem\u00e1s muy dif\u00edcil, pero existen m\u00e9todos indirectos para conocer su naturaleza y comportamiento escurridizo que pueden ser claves para responder a una de las grandes cuestiones actuales de la f\u00edsica: \u00bfpor qu\u00e9 hay m\u00e1s materia que antimateria en el universo?<\/p>\n

Para contribuir a este objetivo nace ND-GAr, un detector de neutrinos<\/strong> en cuyo dise\u00f1o est\u00e1 participando un equipo del IGFAE liderado por el investigador Diego Gonz\u00e1lez-D\u00edaz. ND-GAr se instalar\u00e1 en los pr\u00f3ximos a\u00f1os en uno de los mayores experimentos de neutrinos jam\u00e1s construido, DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment)<\/em> del Laboratorio Nacional Fermi, pr\u00f3ximo a Chicago. El acelerador PIP-II de Fermilab disparar\u00e1 protones acelerados a casi la velocidad de la luz contra un blanco, creando el chorro de neutrinos m\u00e1s potente del mundo hasta la fecha. Cerca de la fuente de neutrinos se ubicar\u00e1 el detector cercano (\u2018Near Detector\u2019), <\/em>donde se instalar\u00e1 el ND-GAr, y a 1.300 kil\u00f3metros de distancia los recibir\u00e1 otro detector, el detector lejano (\u2018Far Detector\u2019).<\/em> Durante ese viaje a m\u00e1s de un kil\u00f3metro bajo tierra, los neutrinos cambian sus propiedades y el objetivo de ND-GAr es contribuir a la determinaci\u00f3n, con la mayor precisi\u00f3n hasta la fecha, de cu\u00e1ntos neutrinos se convierten en antineutrinos durante el viaje, y viceversa. La comunidad cient\u00edfica cree que, si conseguimos caracterizar suficientemente bien estas min\u00fasculas oscilaciones de neutrinos,<\/strong> podremos resolver el misterio por el que cual la materia gobierna sobre la antimateria en nuestro Universo.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Esquema del Near Detector (Detector Cercano) que se instalar\u00e1 en DUNE y sus distintos subcomponentes. En rojo, la c\u00e1mara TPC que est\u00e1 siendo dise\u00f1ada por un equipo del IGFAE. Cr\u00e9dito: colaboraci\u00f3n DUNE.<\/p><\/div>\n

La clave podr\u00eda estar en el diferente comportamiento de neutrinos y antineutrinos frente al fen\u00f3meno de oscilaci\u00f3n que, en el vac\u00edo, se caracteriza a trav\u00e9s del denominado \u201c\u00e1ngulo (fase) de violaci\u00f3n carga-paridad (CP) en el sector lept\u00f3nico\u201d. Una vez confirmado y, especialmente, cuantificado, este diferente comportamiento entre neutrinos y antineutrinos, resulta posible establecer relaciones te\u00f3ricas entre fen\u00f3menos an\u00e1logos para otras part\u00edculas\/antipart\u00edculas fundamentales del Modelo Est\u00e1ndar de f\u00edsica de part\u00edculas. En particular, sus interacciones y, en \u00faltima instancia, la manera en la que la materia y antimateria se cre\u00f3 y destruy\u00f3 durante el origen del universo, haciendo prevalecer de manera asim\u00e9trica una de las dos.<\/p>\n

Tras la huella de los neutrinos con c\u00e1maras TPC<\/strong><\/p>\n

ND-GAr es una c\u00e1mara de proyecci\u00f3n temporal (TPC), un tipo de detector que combina campos el\u00e9ctricos y magn\u00e9ticos con gases ricos en arg\u00f3n en el caso de DUNE, permitiendo as\u00ed reconstruir en 3D la trayectoria de las part\u00edculas producidas en las interacciones de los neutrinos. El equipo del IGFAE est\u00e1 dise\u00f1ando un m\u00e9todo para leer el centelleo inicial que se produce cuando el haz de neutrinos interacciona con el gas del detector (se\u00f1al com\u00fanmente denominada de \u2018T0<\/sub>\u2019). Esto permitir\u00e1 suprimir eventos que no est\u00e9n asociados con el haz de neutrinos, as\u00ed como mejorar la reconstrucci\u00f3n de las part\u00edculas cargadas emergentes. En concreto, mejorar\u00e1 la estimaci\u00f3n de la energ\u00eda y el \u00e1ngulo de dispersi\u00f3n de los neutrones y rayos-gamma que se producen en interacciones de ‘corriente neutra’, un tipo de interacci\u00f3n del neutrino que presenta unas caracter\u00edsticas de reconstrucci\u00f3n especialmente complicadas y que por ello est\u00e1 mucho menos estudiada hasta la fecha.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Esquema del ND-GAr, mostrando la c\u00e1mara TPC (HPgTPC), rodeada del calor\u00edmetro electromagn\u00e9tico (ECAL). Cr\u00e9dito: colaboraci\u00f3n DUNE.<\/p><\/div>\n

\u201cUn aspecto particularmente interesante de este proyecto es que ahora estamos empezando a comprender el potencial del detector para reconstruir part\u00edculas producidas en conjunci\u00f3n con el haz de neutrinos y predichas en diferentes extensiones del Modelo Est\u00e1ndar\u201d, se\u00f1ala Diego Gonz\u00e1lez-D\u00edaz, coordinador del proyecto. \u201cPara conseguirlo es esencial poder obtener el tiempo de la interacci\u00f3n, y la detecci\u00f3n en fase gaseosa representa significativas mejoras en comparaci\u00f3n con otras t\u00e9cnicas existentes\u201d.<\/p>\n

\u201cTodav\u00eda necesitamos comprender mejor los aspectos t\u00e9cnicos, pero la demostraci\u00f3n experimental de la existencia de una mezcla de gas fuertemente centelladora a 10 atm\u00f3sferas de presi\u00f3n, junto con la estabilidad operacional de un mini ND-GAr construido en el IGFAE, ha marcado un antes y un despu\u00e9s. El trabajo persistente de Pablo Amedo y Sara Leardini, estudiantes de doctorado del IGFAE, junto con apoyo t\u00e9cnico de David Jos\u00e9 Fern\u00e1ndez y David Gonz\u00e1lez Caama\u00f1o (t\u00e9cnico de IGFAE) en los \u00faltimos meses ha sido incre\u00edble\u201d.<\/p>\n

En la actualidad, se est\u00e1 evaluando la respuesta completa de la TPC para determinar de forma m\u00e1s cuantitativa el impacto de la se\u00f1al lum\u00ednica producida por los neutrinos al interaccionar con el gas en los diferentes canales de f\u00edsica. Este trabajo se realiza con simulaciones por ordenador, utilizando el software Geant4 y los datos de las medidas experimentales que lidera la investigadora postdoctoral del IGFAE \u00c1ngela Saa. \u201cEste trabajo tambi\u00e9n permitir\u00e1 establecer c\u00f3mo optimizar la lectura \u00f3ptica, en particular, qu\u00e9 sensores usar y c\u00f3mo configurarlos. Nuestro objetivo es, hacia final de a\u00f1o, implementar en el IGFAE la tecnolog\u00eda seleccionada para la detecci\u00f3n de luz en un mini-ND-GAr ya de tama\u00f1o medio (20 litros). Estamos a\u00fan muy lejos de entender de manera completa las nuevas posibilidades que se nos est\u00e1n abriendo, pero el horizonte cient\u00edfico-tecnol\u00f3gico es fascinante\u201d, apunta Diego G\u00f3nzalez-D\u00edaz.<\/p>\n

Proyecto internacional con participaci\u00f3n espa\u00f1ola<\/strong><\/p>\n

DUNE es un consorcio internacional formado por m\u00e1s de 1000 cient\u00edficos, 200 instituciones y 30 pa\u00edses, donde el IGFAE participa con este proyecto en el que trabajan en la actualidad \u00c1ngela Saa, Pablo Amedo, Sara Leardini, Miguel Morales, David Jos\u00e9 Fern\u00e1ndez, Alberto S\u00e1nchez y David Gonz\u00e1lez. Adem\u00e1s de numerosos colaboradores internacionales, en Espa\u00f1a cuenta con el apoyo de investigadores del Instituto de F\u00edsica Corpuscular (IFIC), del Centro de Investigaciones Energ\u00e9ticas, Medioambientales y Tecnol\u00f3gicas (CIEMAT) y Universidad de Granada.<\/p>\n

Este proyecto est\u00e1 financiado por el programa IGNITE* del IGFAE y el programa H2020 a trav\u00e9s del proyecto AIDAinnova para el desarrollo y transferencia de nuevas tecnolog\u00edas de detectores de part\u00edculas en Europa durante los pr\u00f3ximos 4 a\u00f1os y, en concreto, para la optimizaci\u00f3n de TPCs presurizadas de nueva generaci\u00f3n con lectura \u00f3ptica.<\/p>\n

Referencias:<\/p>\n

Preprint: \u201cDeep Underground Neutrino Experiment (DUNE) Near Detector Conceptual Design Report\u201d. <\/em>DUNE\u00a0Collaboration. arXiv:2103.13910v1<\/a><\/p>\n

Imagen principal: mini ND-GAr, prototipo construido en el IGFAE del detector ND-GAr que se instalar\u00e1 en DUNE. Cr\u00e9dito: IGFAE.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Un equipo del Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Enerx\u00edas (IGFAE) trabaja en el desarrollo de una nueva t\u00e9cnica de detecci\u00f3n para el experimento DUNE, el m\u00e1s sofisticado del mundo en el estudio de los neutrinos, ubicado entre el acelerador de part\u00edculas PIP-II, en Fermilab, y el laboratorio subterr\u00e1neo de Sanford (EE. UU.). 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