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Desde el pasado mes de marzo hasta mayo, el grupo de neutrinos del CIEMAT ha ensamblado y caracterizado los fotosensores de ProtoDUNE, llamados X-ARAPUCAs. Las X-ARAPUCAS son unos dispositivos capaces de captar la luz incidente dentro de un módulo altamente reflectante, modificar su longitud de onda al rango visible y guiarla a unos fotomultiplicadores de silicio. Las funciones de la X-ARAPUCA junto con su gran sensibilidad a bajos niveles de luz, tan bajos como la capacidad de detectar un único fotón, las convierte en una única y novedosa tecnología.

Las X-ARAPUCAs son el principal ingrediente del sistema de foto-detección que se va a emplear en el primer módulo del detector lejano DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment, Experimento subterráneo profundo de neutrinos), cuyos objetivos son el estudio de las oscilaciones de neutrinos, los neutrinos astrofísicos y física más allá del Modelo Estándar. Antes de la instalación definitiva en DUNE, esta tecnología está siendo probada en unos prototipos en el CERN, los conocidos como ProtoDUNE.

El CIEMAT se ha encargado de ensamblar y validar 74 de estas X-ARAPUCAs, de un total de 180 con las que contará ProtoDUNE, con lo que se ha tenido una notable contribución. Para llevar a cabo todo el proceso, ha sido necesario diseñar un sistema experimental que nos permitiese trabajar a temperaturas criogénicas (cerca de los -195ºC) y además ser capaces de caracterizar varias X-ARAPUCAs al mismo tiempo. Empleando la vasija -que se puede ver en la parte derecha de la primera fotografía que ilustra esta noticia- se consiguieron probar 13 X-ARAPUCAs al mismo tiempo. Esto permitió que, una vez optimizados los procesos de montaje y de caracterización, terminásemos de probar el número asignado de X-ARAPUCAs a mediados del mes de mayo. Siguiendo el protocolo marcado por la colaboración, se han medido parámetros como la ganancia, corriente oscura y coeficiente de señal frente a ruido. Así, se ha asegurado el correcto funcionamiento de las X-ARAPUCAs enviadas al CERN.

Además de esta caracterización, el grupo de neutrinos está trabajando en la determinación de la eficiencia de X-ARAPUCAs, un parámetro de gran relevancia para el análisis de los datos que se tomarán en ProtoDUNE. Para ello ha desarrollado un montaje experimental para sumergir la X-ARAPUCA junto con detectores de referencia y una fuente alfa en argón líquido. Todo se enfría con nitrógeno líquido a sobrepresión.

Finalmente, parte del grupo de neutrinos se ha desplazado al CERN a finales de mayo para continuar con la instalación de las X-ARAPUCAs enviadas por las distintas instituciones. Gracias a la contribución del CIEMAT la mitad de los módulos están terminados y en las próximas semanas se terminarán de instalar los últimos dos. Con esto, el sistema de luz para la segunda fase de ProtoDUNE en el CERN está prácticamente preparado para su próxima puesta en marcha.

Fotografía 1. Imágenes del laboratorio (IR-02)  del departamento de Tecnología del CIEMAT donde tienen lugar el montaje y las pruebas de las X-ARAPUCAs.

Fotografía 2. Imágenes del proceso de instalación de las X-ARAPUCAs en los módulos del ProtoDUNE en el CERN.

Fotografía 3. Personal técnico del grupo de neutrinos del CIEMAT instalando las X-ARAPUCAs en el montaje experimental para su caracterización.

Fotografía 4. Fotodetectores, llamados X-ARAPUCAs preparados para su caracterización en el dispositivo experimental a temperatura criogénica del CIEMAT.

Fotografía 5. 13 X-ARAPUCAs siendo instaladas en el montaje experimental del CIEMAT.

Fotografía 6.  Equipo técnico cerrando la vasija con las X-ARAPUCAs para proceder al llenado con nitrógeno líquido y realizar las medidas de caracterización en frío.