Los centelleadores de plástico son uno de los materiales activos más utilizados en la física de altas energías. Sus propiedades permiten rastrear y distinguir entre topologías de partículas. Entre otras cosas, Los centelleadores se utilizan en los detectores de experimentos de oscilación de neutrinos, donde reconstruyen el estado final de la interacción neutrino. Las mediciones de los fenómenos de oscilación se llevan a cabo mediante la comparación de observaciones de neutrinos en detectores cercanos (cerca del objetivo) y detectores lejanos (hasta varios cientos de kilómetros de distancia).

El CERN está muy involucrado en el experimento T2K, el actual experimento de oscilación de neutrinos líder en el mundo, en Japón, que recientemente dio a conocer resultados prometedores. Una futura actualización del detector cercano del experimento allanará el camino para obtener resultados más precisos. El nuevo detector comprenderá un detector de centelleo de plástico a base de poliestireno de dos toneladas segmentado en 1 x 1 x 1 cm ³ cubitos, dando lugar a un total de alrededor de dos millones de elementos sensibles:cuanto más pequeños son los cubos, cuanto más precisos sean los resultados. Esta tecnología podría adoptarse para otros proyectos, como el detector cercano DUNE. Sin embargo, mediciones más precisas requerirían una granularidad más fina, dificultando el montaje del detector.

Aquí es donde interviene el grupo CERN EP-Neutrino, dirigido por Albert De Roeck, desarrollar una nueva técnica de producción de centelleadores de plástico que implique la fabricación aditiva. La I + D se lleva a cabo en colaboración con el Instituto de Materiales de Centelleo (ISMA) de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania, que tiene una gran experiencia en el desarrollo de materiales de centelleo, y la Haute École d'Ingénierie et Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD), que es experto en fabricación aditiva. El objetivo final es imprimir en 3D un "supercubo, " es decir, un solo bloque masivo de centelleador que contiene muchos cubos ópticamente independientes. La impresión 3D resolvería el problema de ensamblar los cubos individuales, que, por lo tanto, podría producirse en cualquier tamaño, incluso menor de 1 cm ³ , y relativamente rápido (volúmenes superiores a 20 x 20 x 20 cm ³ se puede producir en aproximadamente un día).

Hasta aquí, la colaboración ha sido fructífera. Una prueba preliminar dio la primera prueba de concepto:se ha encontrado que el rendimiento de la luz de centelleo de un centelleador basado en poliestireno impreso en 3D con modelado de deposición fundida es comparable al de un centelleador tradicional. Pero el camino hacia un supercubo listo para usar aún es largo. Optimización adicional de los parámetros del centelleador y ajuste de la configuración de la impresora 3D, seguido de una caracterización completa del centelleador impreso en 3-D, Será necesario lograrlo antes de que se pueda desarrollar el material reflector de luz para aislar ópticamente los cubos.

Esta nueva técnica también podría abrir nuevas posibilidades para el campo de la detección de partículas. Un detector de centelleo de plástico impreso en 3D con éxito podría allanar el camino para un uso más amplio de esta tecnología en la construcción de detectores, que podría revolucionar el campo de la física de altas energías, así como el de la medicina, donde se utilizan detectores de partículas, por ejemplo, en la terapia del cáncer. Es más, La impresora 3D, muy rentable, podría reproducirse con bastante facilidad y utilizarse en una gran cantidad de entornos. Umut Kose, del grupo EP-neutrino y la plataforma Neutrino del CERN, explica:"Nuestro sueño va más allá del supercubo. Nos gusta pensar que, en unos años, La impresión 3D permitirá a los estudiantes de secundaria crear sus propios sistemas de detección de radiación. El potencial de alcance de esta tecnología es alucinante ".

Davide Sgalaberna, ahora en ETH Zurich, no puede ocultar su entusiasmo por esta aventura:"Esta es la primera vez que la impresión 3D se puede utilizar para detectores de partículas reales. Estamos transformando nuestra voluntad personal en un proyecto, y tenemos la esperanza de que esto pueda conducir a un gran avance. Eso es emocionante ". Esta emoción la comparten los colegas de Davide, que están más que listos para reanudar el trabajo en el detector impreso en 3D una vez que la reducción del bloqueo permita que todos regresen al CERN.