Los científicos que trabajan en el CERN han comenzado las pruebas de un nuevo prototipo de detector de neutrinos, utilizando una tecnología muy prometedora llamada "fase dual". Si tiene éxito, Esta nueva tecnología se utilizará a una escala mucho mayor para el Experimento internacional de neutrinos subterráneos profundos, organizado por Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU.

Los científicos comenzaron a operar el detector prototipo de fase dual en el CERN a fines de agosto y han observado las primeras huellas. Lleno de 800 toneladas de argón, el detector tiene aproximadamente el tamaño de una casa de tres pisos.

La nueva tecnología se utilizaría además de los denominados detectores monofásicos que han funcionado con éxito durante muchos años. Pero la nueva tecnología de fase dual puede cambiar las reglas del juego, ya que amplificaría significativamente las débiles señales que crean las partículas cuando se mueven a través del detector.

"La tecnología monofásica es un método probado que se utilizará para construir el primer módulo para el detector DUNE, ", dijo el co-portavoz de DUNE, Ed Blucher, de la Universidad de Chicago." Esta nueva tecnología de fase dual proporciona un segundo método que tiene un gran potencial para agregar a las capacidades del detector DUNE ".

En un experimento de una sola fase, el detector de partículas está completamente lleno de argón líquido. Los planos de alambre y los fotosensores sumergidos en el argón líquido registran las débiles señales que se producen cuando un neutrino choca contra un átomo de argón. La colaboración DUNE comenzó con éxito a operar un gran prototipo de detector monofásico en el CERN en septiembre de 2018.

Los científicos e ingenieros ahora han desplegado a gran escala una tecnología de fase dual que utiliza argón líquido como material objetivo y una capa de argón gaseoso sobre el líquido para amplificar las señales de partículas débiles antes de que lleguen a los sensores ubicados en la parte superior del detector. dentro del gas argón. En comparación con la tecnología monofásica, esta configuración podría generar señales más fuertes, lo que los hace destacar del ruido de fondo. Por lo tanto, permitiría a los científicos buscar interacciones de neutrinos de menor energía.

Otra ventaja de la tecnología de doble fase:toda la electrónica para la recopilación de datos se encuentra en la capa de gas cerca de la parte superior del detector y se puede acceder a ella a través de chimeneas especiales que se abren desde el exterior. incluso cuando la mayor parte del detector está lleno de argón, mantenido a una temperatura por debajo de menos 184 grados Celsius (menos 300 grados Fahrenheit).

A diferencia de la tecnología monofásica, el detector presenta un solo volumen activo sin componentes del detector en el medio del argón líquido y un número reducido de elementos de lectura en la parte superior.

"Este es un diseño muy elegante que requiere avances en tecnología de alto voltaje y pureza del argón, ", dijo el director del Fermilab, Nigel Lockyer.

El prototipo es un detector en forma de cubo de unos seis metros de largo en cada dirección. La recolección de los electrones y la lectura de las señales se realiza mediante sistemas innovadores, cada uno con una superficie de nueve metros cuadrados, suspendido individualmente unos milímetros por encima del nivel del líquido.

El detector ProtoDUNE de fase dual no es más que un pequeño componente del detector que la colaboración internacional DUNE planea construir en los Estados Unidos durante la próxima década:un módulo detector DUNE albergará el equivalente a 20 detectores prototipo de fase dual y operará a un alto voltaje de hasta 600, 000 voltios.

DUNE planea construir cuatro módulos detectores de tamaño completo basados ​​en tecnología de argón. Estarán ubicados a una milla bajo tierra en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur. Los científicos lo usarán para descubrir si los neutrinos podrían ser la razón por la que la materia domina sobre la antimateria en nuestro universo.

Los resultados de la prueba en el CERN ayudarán a decidir cuántos módulos contarán con la tecnología monofásica y cuántos utilizarán la tecnología bifásica.

La colaboración DUNE incluye más de 1, 000 científicos e ingenieros de más de 30 países en los cinco continentes:África, Asia, Europa, América del Norte y América del Sur.