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Científicos del CIEMAT asistieron a una reunión de la colaboración DUNE (de las siglas en ingles Deep Underground Neutrino Experiment) en el CERN donde se discutió el diseño de este experimento que estudiará las oscilaciones de neutrinos. Allí los investigadores del CIEMAT presentaron los resultados del trabajo realizado los últimos meses además de visitar las instalaciones de la plataforma de neutrinos del CERN donde se están instalando los detectores ProtoDUNE.

Los neutrinos son las únicas partículas del Modelo Estándar cuya comprensión necesita de estudios y teorías fuera de este modelo. Contra lo que se suponía, ahora se sabe que los neutrinos tienen masa y oscilan entre los distintos tipos. Este descubrimiento, que permitió a T. Kajita y A.B. McDonald obtener el Premio Nobel en el año 2015, fue posible combinando los resultados de decenas de experimentos. A pesar de esto, muchas preguntas siguen sin respuesta y por eso muchos experimentos están en proyecto para profundizar el conocimiento de estas partículas. Aunque sabemos que los neutrinos tienen masa, no sabemos cuál es el valor exacto y aunque sabemos que existen neutrinos y antineutrinos, no sabemos si son la misma partícula o son dos partículas diferentes. Por tanto, queremos comprobar si hacer un experimento con neutrinos tendría los mismos resultados que si el experimento se hace utilizando antineutrinos. Esta posibilidad es el objeto de estudio de la llamada violación CP.

Con esta finalidad, el experimento DUNE (Deep Undergound Neutrino Experiment) está siendo diseñado por más de 1000 científicos de 30 países. DUNE es un proyecto de detector que usará 40 000 toneladas de argón líquido para 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 CP, además de estudiar la desintegración del protón o neutrinos originados en explosiones de supernovas. El experimento utilizará el haz de neutrinos del Fermi National Accelerator Laboratory de Batavia (Illinois, EE. UU.) y dos detectores. El primer detector estará cerca del haz y el segundo estará situado a 1300 km de distancia, en el Stanford Underground Research Laboratory de Lead (South Dakota, EE. UU.) y observará si las propiedades de los neutrinos han variado en este camino.

La última reunión de colaboración del experimento DUNE para conocer el estado del experimento ha tenido lugar del 29 de enero al 1 de febrero en el CERN (Suiza) y ha contado con la participación del grupo de neutrinos del CIEMAT que tiene una participación relevante en DUNE. Allí los investigadores del CIEMAT han presentado los avances en el análisis y simulación de datos, así como el estado del sistema de detección de luz en cuyo diseño están trabajando.

Antes de construir un experimento de dimensiones tan grandes con una tecnología que hasta ahora se ha utilizado solo en experimentos muchos más pequeños, es importante desarrollar y testear prototipos de dimensiones intermedias que nos aseguren su buen funcionamiento. ProtoDUNE-DP situado en el CERN es uno de estos prototipos, el cual usa la tecnología de doble fase que se refiere a los detectores que utilizan el argón tanto en su fase liquida como gaseosa. La colaboración ya ha demostrado el funcionamiento de la tecnología de doble fase en un prototipo de 3x1x1 m³ tomando datos durante parte del 2017. Ahora, las dimensiones internas del detector van a aumentar a 6x6x6 m³. Dicho detector se encuentra actualmente en construcción y los científicos del CIEMAT que participan en esta construcción han podido entrar en este detector que una vez terminado estará cerrado herméticamente y relleno de 300 toneladas de argón líquido a -180 C. El detector estará suspendido por completo dentro de un criostato cuya hermeticidad ha sido testeada por completo. Caminando sobre el techo del criostato es posible reconocer las entradas donde pasarán los cables de conexión entre la electrónica que se quedará fuera y el detector sumergido en el argón líquido. Todavía faltan por instalar la mayoría de las componentes, así que el criostato parece todavía vacío. Para que se pueda recoger la luz de centelleo producida por las partículas que pasan en el detector se utilizarán detectores de luz llamados fotomultiplicadores que estarán en la base del criostato y para recoger la carga generada por las partículas que atraviesan el detector se introducirán cuatro módulos detectores de carga. 

El sistema de detección de luz ha sido desarrollado y caracterizado por completo por el grupo de neutrinos del CIEMAT en colaboración con el grupo del IFAE de Barcelona. El estudio de la respuesta de los fotomultiplicadores simulando las condiciones de trabajo del detector, junto con el dibujo de los soportes mecánicos como de las componentes electrónicas, se ha realizado en el CIEMAT, y el sistema de calibración que se va a utilizar se ha desarrollado en colaboración con el IFAE.