Los científicos rusos ayudaron a crear detectores de neutrinos para el megaproyecto DUNE en EE. UU.

Recientemente, una editorial sueca MDPI publicado artículo, dedicado Desarrollo de detectores de neutrinos para el megaproyecto científico DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) en EE.UU. Aunque el equipo de científicos incluía representantes de varios países, los investigadores rusos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (MIPT) hicieron una contribución significativa al desarrollo de los sensores.

Hace dos meses en Estados Unidos. excavación completada para laboratorios subterráneos del proyecto DUNE. Se necesitarán otros cuatro a siete años antes de que se instalen los sensores. Pero en general, a juzgar por el artículo, ya se ha creado la base para la producción de estos dispositivos. Los empleados del MIPT tienen una gran experiencia en el desarrollo de detectores de partículas elementales y ésta era muy solicitada en el nuevo trabajo.

Los neutrinos siguen siendo partículas no completamente estudiadas. Interactúan débilmente con la materia, lo que los hace extremadamente difíciles de detectar. En dos laboratorios DUNE se instalarán enormes tanques con argón líquido (hasta 17 mil toneladas), cuyas paredes estarán equipadas con detectores de fotones. Estos sensores deben soportar cambios frecuentes de temperatura de temperatura criogénica a temperatura ambiente y viceversa, sin dejar de ser altamente sensibles.

Diseño experimental. Fuente de la imagen: Wikipedia

«Durante el desarrollo [детектора] ArCLight, la etapa más difícil para nosotros fue seleccionar materiales para que el detector pudiera soportar enfriamientos repetidos a la temperatura del argón líquido (~187 K) y calentamiento nuevamente a temperatura ambiente. A bajas temperaturas, los materiales poliméricos se vuelven quebradizos y, si los coeficientes de expansión térmica no coinciden, el detector puede colapsar y agrietarse.“explicó Igor Kreslo, investigador principal del Laboratorio de Interacciones Fundamentales del MIPT.

La tarea del detector de fotones ArCLight es registrar la luz centelleante que se produce cuando los neutrinos interactúan con el medio de la cámara de proyección del tiempo, en este caso con argón líquido. Una característica especial del dispositivo ArCLight es que se puede colocar en las paredes de una cámara de argón, ya que no distorsiona el campo eléctrico guía.

A la izquierda hay un prototipo de ArgonCube Light (ArCLight) de 10 x 10 cm con cuatro tubos fotomultiplicadores de silicio (SiPM). A la derecha hay un diagrama esquemático del funcionamiento de ArCLight utilizando el ejemplo de detección de radiación ultravioleta al vacío. Fuente: Instrumentos.

Los físicos han construido varios prototipos de fotodetectores de diferentes tamaños: desde los pequeños, de 5 × 5 cm, hasta los 30 × 50 cm necesarios para el detector de proximidad DUNE. La eficiencia fotónica de los dispositivos varía entre el 0,8% y el 2,2%. Cuanto mayor sea la eficiencia, más débil será la energía del fotón que podrá registrar el sensor, lo que afecta directamente a la recopilación de datos estadísticamente significativos. Cuantos más registros, más completa será la información sobre las propiedades de los neutrinos.

Los científicos del MIPT probaron varios métodos para aplicar capas de trabajo a sensores y desarrollaron un sistema para monitorear la calidad de los dispositivos. Para cubrir completamente las paredes de dos enormes tanques se necesitaría una gran cantidad de detectores, incluidos módulos de repuesto. Para ello ya se han creado las bases necesarias.