Base de datos Buscar
IGFAE
Intranet
Instituto Galego de Física de Altas Enerxías

01.02.2024

Finaliza nos Estados Unidos a colosal escavación de DUNE, o grande experimento de neutrinos no que participa o IGFAE

Interior das cavernas que albergarán os detectores de DUNE no Laboratorio Subterráneo de Sanford, en Dakota do Sur (EUA). Cada unha delas ten case 160 metros de lonxitude, 20 de anchura e 28 de altura:  / Crédito: Matthew Kapust, Sanford Underground Research Facility.

O persoal encargado da construción do Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) finalizou a colosal escavación do espazo onde se ubicarán os detectores distantes (‘Far Detectors’) deste experimento, soterrado a 1.500 metros de profundidade no Laboratorio Subterráneo de Sanford, en Dakota do Sur (Estados Unidos). Esta colaboración internacional na que participa o IGFAE, centro mixto da Universidade de Santiago de Compostela e a Xunta de Galicia, está a desenvolver un experimento de gran magnitude para afondar no coñecemento dos neutrinos. Estas fuxidías partículas poden dar resposta a algunhas das preguntas clave na conformación do Universo, como o predominio da materia sobre a antimateria, o proceso de creación dos buracos negros ou o vínculo entre a materia escura e os propios neutrinos.

1.500 metros baixo o solo e 800.000 toneladas de rochas

 

O Fermilab, laboratorio nacional de aceleradores do Departamento de Enerxía dos EUA, anunciou este xoves a finalización dos traballos, que escavaron 800.000 toneladas de rochas ata chegar aos 1.500 metros de profundidade. Nestas cavernas comezarán a instalarse, a finais de ano, os detectores de neutrinos distantes de DUNE, nunha superficie aproximada á de oito campos de fútbol, unha vez verificados os seus principios técnicos de funcionamento na ‘Plataforma de Neutrinos’’ do CERN. Estes detectores encheranse con miles de toneladas de argon líquido e serán refrixerados a temperaturas de -184ºC, co obxectivo de crear as condicións máis axeitadas para a detección dos neutrinos.

A outra parte clave do experimento sitúase no acelerador de Fermilab en Chicago (Illinois) a case 1.300 km de distancia das mencionadas cavernas. Desde aquí dispararanse feixes de neutrinos (os máis potentes creados ata agora), capaces de percorrer esta distancia (semellante á existente entre Santiago e Xenebra) a través da terra e as rochas, sen interaccionar con outras partículas. A poucos centos de metros do punto de produción, os detectores ‘cercanos’ de DUNE interceptan o feixe de neutrinos antes de iniciar a súa viaxe, permitindo rexistrar os posibles cambios nas súas características. Estas alteracións poderían axudar a explicar a asimetría entre materia e antimateria que hai no universo.

ND-GAr: Tecnoloxía do IGFAE para mellorar a detección dos neutrinos

Desde o IGFAE, un equipo liderado  polo profesor da USC e investigador do IGFAE Diego González Díaz forma parte da colaboración DUNE, que reúne a máis de 1.400 persoas e 200 institucións de 36 países. O seu grupo participa no deseño dun dos dous detectores ‘cercanos’, ND-GAr (Near Detector – Gaseous Argon), que se instalará nos vindeiros anos no Fermilab de Chicago, preto do punto de emisión do feixe de neutrinos.

O xigantesco detector consiste principalmente nunha cámara de proxección temporal (TPC) de 100m3, un tipo de detector que combina campos eléctricos e magnéticos con gases ricos en argón no caso de DUNE, permitindo así reconstruír a traxectoria das partículas producidas nas interaccións dos neutrinos.

http://localhost:8888/igfae-ber/gl/neutrino-detector-dune/

O equipo do IGFAE traballa nunha proposta baseada no uso de cámaras ópticas ultra-rápidas (2 mil-millonésimas de segundo por imaxe) a 10 atmósferas de presión en argón dopado con tetrafluorometano. A tecnoloxía, nunca antes empregada, permitirá rexistrar con precisión de milímetros as imáxenes das partículas procedentes da interacción dos neutrinos sobre unha rexión de 20 m2, precisando o instante da súa interacción con pouco máis dunha mil-millonésima de segundo. IGFAE é o responsable principal do proxecto, en estreita colaboración coa Universidade de Vigo e o IFIC en Valencia.

Logo de que varios estudos incepcionais mostraran, nos últimos anos, a viabilidade conceptual e solidez da proposta, o equipo de traballo céntrase na actualidade en demostrar a operación estable a 10 atmósferas de presión e -25 ºC, da cámara de proxección temporal construída na Facultade de Física da USC. O obxectivo é mostrar a calidade de imaxe antes mencionada a unha escala duns 8000cm3, de modo que permita avanzar nos aspectos de deseño e integración do detector final. O equipo, fortemente multidisciplinar, combina o liderazgo do IGFAE no desenvolvemento de detectores de radiación gaseosos, coa experiencia de UVigo nas simulacións de fluido-dinámica (CFD) e deseño mecánico, así como a do IFIC en electrónica rápida e técnicas de simulación en física de neutrinos. O obxectivo é completar unha proposta técnica de deseño da TPC de ND-GAr a mediados do ano 2025.

O misterio dos fuxidíos neutrinos

Estas partículas, que atravesan o noso corpo trillóns de veces por segundo, son unha especie de pantasmas do mundo subatómico, cunha masa moi pequena e sen carga eléctrica. Por iso apenas interaccionan co resto de partículas elementais. Divídense en tres tipos (electrónicos, muónicos e tauónicos), e a súa identidade (ou ‘sabor’), vai mudando cando viaxan polo espazo.

Debido á súa natureza é moi complicado determinar directamente as súas propiedades, pero as colaboracións científicas como DUNE conseguiron desenvolver métodos indirectos para facelo. No caso do detector ND-GAr, no que participa o IGFAE, o obxectivo é rexistrar, coa maior precisión posible, as interaccións dos neutrinos antes de que estes muden de sabor na súa longa viaxe de 1.300 km ata o Laboratorio Subterráneo de Sanford.

Para xerar as mellores condicións posibles, deseñouse esta enorme infraestrutura que agora dá un novo paso. A partir de agora, o persoal da obra trasladará os compoñentes dos detectores distantes que conformarán DUNE, ao tempo que continúa a avanzar na construcción dos detectores ‘cercanos’. O obxectivo é que o experimento estea operativo antes do final do ano 2028.