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Reunión del proyecto DUNE, experimento internacional sobre neutrinos

 

28/04/2017

Partículas elementales y astropartículas

El pasado mes de marzo, científicos del CIEMAT asistieron a una reunión de la colaboración ProtoDUNE dual phase en el CERN donde se discutió el estado de este prototipo del experimento internacional DUNE (de las siglas en ingles Deep Underground Neutrino Experiment) dedicado al estudio de los neutrinos. Allí los investigadores del CIEMAT presentaron los resultados del trabajo realizado los últimos meses.

 
 

Los descubrimientos de los últimos cincuenta años han puesto a los neutrinos, las partículas de materia más abundantes del Universo, en el punto de mira para profundizar en varias cuestiones fundamentales sobre la naturaleza de la materia y la evolución del Universo. El resultado combinado de una decena de experimentos con neutrinos procedentes del Sol, la atmósfera, reactores nucleares y aceleradores, ha mostrado de manera evidente que los neutrinos tienen masa y oscilan. Los profesores T. Kajita y A.B. McDonald fueron galardonados en 2015 con el premio Nobel de Física por el descubrimiento de la masa del neutrino mediante el fenómeno de las oscilaciones. Esto demuestra que los estudios de las oscilaciones de los neutrinos han mejorado profundamente nuestra comprensión de la Naturaleza. Los principales objetivos de  DUNE son investigar las oscilaciones de neutrinos con la posibilidad de determinar el orden de las masas de los distintos tipos de neutrinos y determinar la violación de la simetría CP (la simetría CP es el producto de la simetría C, relativa a la validez de las leyes de la Física si se pudieran intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa; y la simetría P, simetría de paridad, que dice que las leyes de la Física se mantendrían aunque el Universo fuese como su imagen en un espejo) en el sector leptónico. Esta violación tiene un papel importante en cosmología, pues puede explicar, por ejemplo, porqué existe más materia que antimateria en nuestro Universo. La colaboración DUNE tiene alrededor de 800 miembros de 26 países alrededor del mundo.

  

El proyecto DUNE, usara 40 000 toneladas de argón líquido, con lo que será el mayor experimento de este tipo, cien veces más grande que los detectores de partículas de argón líquido que se han construido hasta el momento. DUNE consistirá en dos detectores de neutrinos situados en el haz de neutrinos más intenso del mundo. Un detector medirá interacciones de partículas cerca del origen del haz en el Fermi National Accelerator Laboratory en Batavia, Illinois (EE.UU.). El segundo detector será mucho mayor y se instalará a más de un kilómetro bajo tierra, en el Sanford Underground Research Laboratory en Lead, Dakota del Sur (EE.UU.) a 1300 Km del origen del haz de neutrinos.

  

Antes de construir esta máquina sin precedentes, los científicos quieren asegurarse de que este detector funcionará correctamente. Por esta razón dos prototipos están siendo implementados. En particular,  ProtoDUNE dual phase, también conocido como WA105, combina el argón líquido con una parte en fase gaseosa para amplificar la señal. El detector tiene unas dimensiones de 6x6x6 m³ y será expuesto a un haz de pruebas de partículas cargadas en 2018.

  

El grupo de neutrinos del CIEMAT es responsable del sistema de detección de luz del experimento protoDUNE dual phase, en colaboración con el IFAE de Barcelona. El sistema de detección de luz está formado por 36 fotodetectores, llamados fotomultiplicadores, que se encargan de amplificar y convertir la luz producida por las interacciones de partículas en el detector en una señal electrónica. Los fotomultiplicadores están siendo caracterizados en el CIEMAT para comprender su respuesta ante distintas señales de luz antes de su instalación en el detector. Los soportes mecánicos y componentes eléctricos necesarios para el funcionamiento de los fotomultiplicadores son diseñados y producidos también por el personal del CIEMAT. Además, los fotomultiplicadores requieren un revestimiento especial que permite cambiar la luz invisible producida en el argón a una longitud de onda visible por los fotomultiplicadores. Por último, para comprobar el correcto funcionamiento de los fotomultiplicadores, un sistema de motorización de luz está siendo diseñado y probado en el CIEMAT.


  

Fotografía 1.  Imagen tomada durante la instalación del experimento protoDUNE dual phase (WA105) en el CERN.

  

Fotografía 2. Fotomultiplicador con soporte durante la caracterización en el CIEMAT para ser instalado en el experimento protoDUNE dual phase en el CERN.

  
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