Começa o teste da tecnologia do experimento DUNE Pegando

O protótipo 35-ton irá testar a tecnologia a ser potencialmente usada no experimento DUNE (Deep
Underground Neutrino Experiment). Foto: Reidar Hahn
5 de fevereiro de 2016
Começa o teste da tecnologia do experimento DUNE
Pegando carona no Buggy DUNE para chegar ao maior detector de neutrinos
do mundo.
Por Lauren Biron
O projeto DUNE (da sigla em inglês, Deep Underground Neutrino Experiment) usará 70.000
toneladas de argônio líquido, o que faz com que seja o maior experimento deste tipo-100
vezes maior que os detectores de partículas empregando argônio líquido usados até agora.
É natural que antes de construir este detector sem precedentes, os cientistas queiram estar
seguros que venha a funcionar. Por esta razão, membros da colaboração internacional
DUNE, começaram recentemente a tomar dados usando uma versão de teste do detector.
“Como podemos ter confiança que aquilo que queremos fazer para DUNE irá funcionar?”
pergunta Michelle Stancari, co-coordenadora do protótipo de DUNE. “Justo aqui entra o
protótipo de 35 toneladas.”
Os detectores em tamanho real do experimento DUNE, a serem instalados a quase 1600
metros abaixo da superfície, num complexo conhecido por “Sanford Underground Research
Facility,” terão a tarefa de atacar algumas das mais profundas questões em aberto na física
atual. Estes detectores nos ajudarão a descobrir se os neutrinos são a razão pela qual existe
o nosso universo pleno de matéria, poderão observar a formação de um buraco negro numa
galáxia próxima, e permitirão a busca pelo decaimento do próton, acercando-nos da
realização do sonho de Einstein, a construção de uma teoria unificada da matéria e energia.
“Dentre as partículas do Modelo Padrão, os neutrinos são das menos compreendidas,” afirma
Célio Moura, professor na Universidade Federal do ABC, Brasil, e que trabalha no protótipo.
“Necessitamos experimentos enormes para conseguir estas informações difíceis sobre os
neutrinos. Mas temos que começar por partes.”
Um destes pequenos passos é na verdade uma das maiores câmaras de projeção temporal
(TPC, do inglês Time Projection Chamber ) usando argônio líquido jamais realizadas. É aí
que os cientistas acabaram de observar seus primeiros traços de raios cósmicos. Construído
no Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) do Departamento de Energia do governo
norte-americano, o protótipo de 35-toneladas (conhecido por “35-ton”, ele poderia acomodar
um carro pequeno no seu recipiente de argônio líquido), recebeu o apelido “DUNE Buggy”
depois que um membro do grupo, com pendores artísticos, usou Photoshop para agregar
rodas gigantes de caminhão a uma sua imagem.
Com o protótipo em operação os pesquisadores irão certificar-se do bom funcionamento dos
diversos componentes do detector e então darão início aos estudos formais. Estes
pesquisadores planejam usar o protótipo para avaliar componentes que jamais haviam sido
testados nestas condições.
“Nosso objetivo é descobrir onde estão os pontos fracos que tem que ser corrigidos e
também, assim esperamos, identificar as partes que funcionam,” diz Alan Han, cocoordenador do 35-ton.
Os novos componentes incluem fotodetectores redesenhados, que constituem longos
prismas retangulares fabricados com um revestimento especial que permite tornar visível a
luz invisível produzida no argônio líquido, ao transportar esta luz transformada até os
componentes eletrônicos do detector.
Os cientistas do DUNE também estão prestando atenção especial aos planos de arame do
protótipo, peças que sustentam arames finos esticados através do detector e cuja tarefa é
capturar elétrons. Para estarem seguros que estes quadros caibam no estreito poço de
acesso da mina, bem como para evitar estirar os arames ao longo de distâncias muito
grandes, correndo o risco de que se afrouxem, os cientistas planejam usar uma série de
planos menores. Estes planos de arame deverão medir os traços no argônio líquido
produzidos tanto a frente como atrás dos planos, diferentemente de outros detectores do
género.
“Ninguém mais tem isto,” diz Hahn. “Um dos objetivos principais da tomada de dados com o
35-ton é demonstrar que podemos reconstruir trajetórias com este tipo de plano de arames.”
Conforme os raios cósmicos atravessam o argônio líquido, elétrons e luz são emitidos –
sinais visíveis de que partículas invisíveis por aí passaram. A localização e intensidade
destas trajetórias são coletadas e digitalizadas, dando aos cientistas informação sobre a
energia, momento, direção e tipo das partículas.
Os engenheiros do projeto moveram alguns dos bit eletrônicos para dentro do criostato
frígido, onde o argônio líquido é mantido a menos 184 graus Celsius.
Planos com fios metálicos lindamente entrelaçados, posicionados dentro do protótipo 35-ton. Foto:
Reidar Hahn
À semelhança do que será feito com os detectores completos, o desenvolvimento das partes
e componentes do protótipo 35-ton depende do trabalho em equipe. A colaboração DUNE
tem hoje aproximadamente 800 membros, vindos de 26 países ao redor do mundo.
“Tem que ser algo realmente internacional, caso contrário não poderia funcionar,” diz Karl
Warburton, um estudante de doutorado da Universidade de Sheffield no Reino Unido que
trabalha no protótipo. “São necessárias as melhores cabeças de onde seja. O mesmo ocorre
com o LHC.”
Para o 35-ton, os laboratórios nacionais Brookhaven e SLAC forneceram grande parte do
equipamento eletrônico; as universidades estaduais de Indiana, Colorado e Luisiana, bem
como o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) trabalharam nos detectores de luz; e
as universidades de Oxford, Sussex e Sheffield ajudaram a construir câmaras digitais que
podem funcionar no argônio líquido e escreveram o software que permite interpretar os
dados. O Fermilab foi responsável pelo criostato e sistemas de suporte para a criogenia.
Os cientistas usarão o aprendido com esta versão para poder construir módulos em escala
completa para um protótipo maior, de 400 toneladas, a ser instalado no CERN. Este será o
teste final antes da construção do primeiro dos quatro gigantescos detectores para o
experimento de fato, que está programado para começar em 2024.
“Tem sido muito importante para a colaboração ter este protótipo como um marco,” diz Mark
Thomson, co-porta-voz do DUNE. “É um passo absolutamente essencial.”