Instal·lació del sistema de control de temperatura de ProtoDUNE al CERN (Suïssa) el passat 27 de juny. Crèdits: IFIC.
Un equipo de científicos del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, ha
instalado en el CERN, Organización Europea para la Investigación Nuclear ubicada en
Ginebra (Suiza), el ‘termómetro’ más grande y preciso del mundo. El instrumento mide
la temperatura con una precisión de hasta 2 milésimas de grado y es de máxima utilidad
en el desarrollo de dos prototipos a gran escala de uno de los mayores experimentos en
física de neutrinos del mundo, DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Estos
prototipos necesitan, para su correcto funcionamiento, toneladas de argón líquido a una
temperatura homogénea que será controlada por este nuevo sistema.
El experimento ProtoDUNE consiste en dos grandes contenedores en forma de cubo de
unos 8 metros de alto que contienen 800 toneladas de argón líquido cada uno, donde
se sumergen unos detectores muy precisos capaces de ver en 3D el paso de partículas
cargadas que los atraviesan. Se ubican en las instalaciones del CERN y sirven para probar
la tecnología que se empleará en DUNE, un experimento que se desarrollará en los
Estados Unidos en la próxima década y que utilizará el haz de neutrinos más potente del
mundo para estudiar esta misteriosa partícula fundamental, la más escurridiza de todas.
Para que el argón (un gas a temperatura ambiente) sea líquido tiene que alcanzar los
184 grados centígrados bajo cero y para ello se han construido los criostatos más
grandes creados hasta la fecha, con un volumen interno de medio millón de litros. Pero
no basta con mantener el argón en fase líquida. El correcto funcionamiento del detector
exige que las variaciones de temperatura dentro del criostato estén por debajo de dos
centésimas de grado, una diferencia minúscula para un volumen tan grande.
Para controlar esto, se requiere un sistema muy preciso de medición de la temperatura,
que ha sido desarrollado por un equipo de científicos y técnicos del IFIC. Se trata de una
estructura de fibra de vidrio de casi 8 metros de largo donde se insertan 48 sensores de
platino calibrados en el propio IFIC para alcanzar una precisión en la medida de la temperatura de hasta 2 milésimas de grado. Esta estructura está rodeada por una ‘jaula
de Faraday’, que protege al sistema del enorme campo eléctrico (70.000 voltios) cerca
del que está situado.
“Se trata del sistema de medición de temperatura más grande y preciso que se ha
desarrollado para este tipo de experimentos en física de partículas”, asegura Anselmo
Cervera Villanueva, científico titular del CSIC en el IFIC y responsable de su desarrollo.
Este sistema forma parte de la contribución del IFIC al experimento DUNE, donde
colaboran más de 1.000 científicos de 175 instituciones en 32 países junto al CERN.
Además de desarrollar el sistema de monitorización de temperatura de al menos los 2
primeros detectores de DUNE (de los cuatro previstos), con 10.000 toneladas de argón
líquido cada uno, el grupo experimental del IFIC coordina el control del resto de
parámetros del criostato.
Asimismo, el IFIC coordina un grupo de trabajo en DUNE para medir la desintegración
del protón, estudiando la sensibilidad del experimento para observar este proceso aún
no detectado. El grupo experimental del IFIC también desarrolla herramientas para el
análisis de datos de DUNE y sus prototipos, así como en el diseño y futura instalación
del sistema de detección de luz de uno de los cuatro grandes detectores del
experimento.
Por su parte, un grupo de física teórica del IFIC realiza simulaciones sobre la capacidad
de DUNE para determinar parámetros aún desconocidos, como el que codifica la posible
diferencia de comportamiento entre neutrinos y antineutrinos, clave para entender por
qué el Universo está hecho de materia y no de antimateria. DUNE estudiará las
interacciones de los haces de neutrinos enviados con una intensidad y precisión sin
precedentes desde Fermilab (Chicago, EE.UU.) hasta el laboratorio subterráneo de
Sanford (Dakota del Sur, EE.UU.) para entender los cambios que sufren estas partículas
cuando viajan de un punto a otro (1.300 kilómetros) en un abrir y cerrar de ojos. Esto
permitirá buscar respuestas a preguntas fundamentales de la física actual.
Además de estudiar con detalle las oscilaciones entres los tres tipos de neutrinos
conocidos, es decir el cambio que realizan durante su viaje por el espacio, DUNE
comprobará la existencia de otro tipo de neutrino más pesado pero con interacciones
aún más débiles que los conocidos hasta ahora, el llamado ‘neutrino estéril’. DUNE
también podría desentrañar la naturaleza de las misteriosas partículas que forman la
materia oscura del Universo, que podrían producirse junto con los neutrinos en el haz
producido en Fermilab y ser descubiertas en un detector cercano. También podrá
observar los neutrinos producidos en explosiones estelares (supernovas), revelando la
formación de estrellas de neutrones y agujeros negros, e investigará si los protones
viven para siempre o se desintegran en otras partículas, acercándonos a la realización
del sueño de Einstein: la Teoría de la Gran Unificación.

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