O IGFAE participa no deseño dun detector de neutrinos ‘próximo’ que servirá para afondar na conformación do Universo

Os neutrinos son partículas que atravesan o noso corpo trillóns de veces por segundo. Trátase dunha especie de pantasmas do mundo subatómico, cunha masa moi pequena e sen carga eléctrica, por iso apenas interaccionan co resto de partículas elementais e a súa identidade, tamén denominada ‘sabor’, vai mudando cando viaxan polo espazo. Agora, o Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto da USC e da Xunta de Galicia, participa no deseño dun detector que interceptará feixes de neutrinos, os máis potentes creados ata o de agora, emitidos dende o acelerador do Fermilab en Chicago (Illinois). Este novo paso, dado no marco do Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), pode ser clave para afondar na conformación do Universo.

Estes feixes percorrerán 1.300 km, unha distancia semellante á existente entre Santiago e Xenebra, a través da terra e as rochas, sen interaccionar con outras partículas. O detector ND-GAr (Near Detector–Gaseous Argon) interceptará o feixe de neutrinos antes de iniciar a viaxe. O obxectivo consiste en rexistrar, coa maior precisión posible, as interaccións dos neutrinos antes de que muden de  ‘sabor’, na súa traxectoria. Estas alteracións poderían axudar a explicar a asimetría entre materia e antimateria que hai no Universo.

O detector ‘próximo’ do IGFAE situarase a poucos metros do centro de emisión do feixe de neutrinos que se dirixe a unhas cavernas que acaban de ser escavadas a 1.500 metros de profundidade no Laboratorio Subterráneo de Sanford, en Dakota do Sur (Estados Unidos), nas que se instalarán detectores ‘distantes’. 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, fuxidías partículas que 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.

O equipo liderado polo profesor da USC e investigador do IGFAE Diego González Díaz forma parte da colaboración DUNE, que reúne máis de 1.400 persoas e 200 institucións de 36 países. O xigantesco dispositivo consiste principalmente nunha cámara de proxección temporal (TPC) de 100m3, un tipo de detector que combina campos eléctricos e magnéticos con gases ricos en argon no caso de DUNE, permitindo así reconstruír a traxectoria das partículas producidas nas interaccións dos neutrinos.

O equipo do IGFAE traballa nunha proposta baseada no uso de cámaras ópticas ultra-rápidas (2 mil-millonésimas de segundo por imaxe) a 10 atmosferas de presión en argon dopado con tetrafluorometano. A tecnoloxía, nunca antes empregada, permitirá rexistrar con precisión de milímetros as imaxes 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 Instituto de Física Corpuscular (IFIC) en Valencia.

Logo de que varios estudos 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 atmosferas de presión e -25ºC, 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 liderado do IGFAE no desenvolvemento de detectores de radiación gasosos, coa experiencia de UVigo nas simulacións de fluído-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.

Cavernas

O Fermilab, laboratorio nacional de aceleradores do Departamento de Enerxía dos EUA, acaba de anunciar a finalización dos traballos nos que escavaron 800.000 toneladas de rochas.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.

A partir de agora, o persoal da obra trasladará os compoñentes dos detectores distantes que conformarán DUNE, ao tempo que continúa a avanzar na construción dos detectores ‘próximos’. O obxectivo é que o experimento estea operativo antes do final do ano 2028.