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Científicos del CIEMAT participaron en la conferencia 'LIDINE 2017, LIght Detection In Noble Elements', que tuvo lugar del 22 al 24 de septiembre en el Laboratorio Nacional de aceleradores SLAC con el objetivo de promover la discusión entre miembros de la comunidad de física de partículas y nuclear sobre tecnologías de detección basadas en elementos nobles.

Las tecnologías basadas en elementos nobles incluyen la materia oscura, las oscilaciones de neutrinos, neutrinos provenientes de supernovas, la dispersión elástica coherente neutrino-núcleo, la desintegración doble-beta sin neutrinos, el momento dipolar eléctrico del neutrón y la física médica.

En la conferencia se trató la detección de luz y de carga, las diferentes técnicas de detección, los avances en fotodetectores y en recolección de luz, la identificación de la luz, las tecnologías emergentes, posibles aplicaciones y las instalaciones disponibles. Un total de 66 científicos asistieron a la conferencia en la que se realizaron más de 50 contribuciones y tuvieron lugar diferentes mesas redondas sobre futuros detectores de gran escala y técnicas novedosas de detección. Además, se visitaron las instalaciones del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, el cual está administrado por la Universidad de Stanford, bajo la dirección de la Oficina de Ciencia de la Energía del DOE y localizado en Menlo Park, California, EE.UU.

Los investigadores del CIEMAT realizaron tres ponencias. La primera titulada 'First underground run of ArDM and measurement of the attenuation lenght of the argon scintillation light'. Con una masa objetivo activa de 850 kg, ArDM representa un hito importante en el desarrollo de detectores de gran tamaño para materia oscura. En esta ponencia se presentó el aparato experimental instalado actualmente bajo tierra en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC), España, con los resultados del análisis de la toma de datos en subterráneo. Se encontró, por primera vez, un valor relativamente bajo, cercano a 0,5 m, para la longitud de atenuación del volumen de argón líquido a su propia luz de centelleo. Se ha interpretado este resultado como una presencia de impurezas ópticamente activas en el argón líquido. También se ha presentado una medida, tomada mediante espectroscopia de masas, de la contaminación del gas de argón empleado para el llenado y un análisis de la sección eficaz de captura de luz ultravioleta de varias moléculas en el contexto de grandes instalaciones de argón líquido.

La segunda ponencia trataba del 'Photon detection system for ProtoDUNE dual phase'. En ella se describió el sistema de detección de luz que se va a instalar en el  experimento ProtoDUNE de doble fase. El proyecto DUNE usará 40 000 toneladas de argón líquido para estudiar las oscilaciones de neutrinos. Como paso previo, el experimento ProtoDUNE de doble fase tiene un tamaño de 6x6x6 m³ y será expuesto a un haz de pruebas de partículas cargadas en 2018 en el CERN. El sistema de detección de luz de ProtoDUNE de doble fase 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. En la ponencia se describió la caracterización de los fotomultiplicadores, los componentes eléctricos y mecánicos necesarios, el sistema de calibración y el análisis preliminar de datos de un detector de argón líquido de doble fase de menor tamaño, 3x1x1 m3.

Por último, en la tercera ponencia se habló del 'Impact of the positive ion current on large size neutrino detectors and delayed photon emission'. Dado su pequeño coeficiente de movilidad en el argón líquido, los iones pasan un tiempo considerablemente más largo en el volumen activo que los electrones. Se han estudiado los efectos de la corriente de iones positivos en una cámara de proyección temporal de argón líquido, en el contexto de los experimentos de argón de gran escala para la física de neutrinos. La recombinación constante entre iones libres y electrones produce una extinción de la señal de carga y una emisión constante de fotones, no correlacionada en tiempo y espacio con las interacciones físicas. Las predicciones evidencian, por primera vez, algunas preocupaciones potenciales para detectores de argón de varias toneladas.

Fotografías:

Fotografía 1. Instalación del detector ArDM en toma de datos en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc: Sistema de detección de luz (izquierda-alto), camera de proyección temporal (izquierda-bajo) y blindaje para neutrones (derecha).

Fotografía 2. Fotografía de la instalación del detector de 3x1x1 m3 de argón líquido de doble fase, prototipo de ProtoDUNE-DP que está tomando datos en la actualidad.