Os cientistas que trabalham no CERN começaram os testes de um novo protótipo de detector de neutrino, usando uma tecnologia muito promissora chamada "fase dupla". Se for bem sucedido, esta nova tecnologia será usada em uma escala muito maior para o experimento internacional Deep Underground Neutrino, hospedado pelo Fermilab do Departamento de Energia dos EUA.

Os cientistas começaram a operar o detector de protótipo de fase dupla no CERN no final de agosto e observaram os primeiros rastros. Preenchido com 800 toneladas de argônio, o detector tem o tamanho de uma casa de três andares.

A nova tecnologia seria usada em adição aos chamados detectores monofásicos que têm operado com sucesso durante muitos anos. Mas a nova tecnologia de fase dupla pode mudar o jogo, já que amplificaria significativamente os sinais fracos que as partículas criam quando se movem através do detector.

"A tecnologia monofásica é um método comprovado que será usado para construir o primeiro módulo para o detector DUNE, "disse o co-porta-voz do DUNE, Ed Blucher, da Universidade de Chicago." Esta nova tecnologia de fase dupla fornece um segundo método que tem grande potencial para aumentar as capacidades do detector DUNE. "

Em um experimento de fase única, o detector de partículas é preenchido inteiramente com argônio líquido. Aviões de arame e fotossensores submersos no argônio líquido registram os sinais fracos causados ​​quando um neutrino se choca com um átomo de argônio. A colaboração DUNE começou a operar com sucesso um grande detector de protótipo monofásico no CERN em setembro de 2018.

Cientistas e engenheiros já implantaram em grande escala uma tecnologia de fase dupla que usa argônio líquido como material alvo e uma camada de argônio gasoso acima do líquido para amplificar sinais de partículas fracas antes de chegarem aos sensores localizados na parte superior do detector, dentro do gás argônio. Em comparação com a tecnologia monofásica, esta configuração pode produzir sinais mais fortes, o que os diferencia do ruído de fundo. Isso permitiria aos cientistas procurar interações de neutrinos de baixa energia.

Outra vantagem da tecnologia de fase dupla:todos os eletrônicos para a coleta de dados estão localizados na camada de gás próximo ao topo do detector e podem ser acessados ​​por meio de chaminés especiais que se abrem do lado de fora, mesmo quando a maior parte do detector é preenchido com argônio, mantida a uma temperatura abaixo de 184 graus Celsius negativos (300 graus Fahrenheit negativos).

Em contraste com a tecnologia monofásica, o detector apresenta um único volume ativo sem componentes de detector no meio do argônio líquido e um número reduzido de elementos de leitura na parte superior.

"Este é um design muito elegante que requer avanços na tecnologia de alta tensão e pureza de argônio, "disse o Diretor do Fermilab, Nigel Lockyer.

O protótipo é um detector em forma de cubo com cerca de seis metros de comprimento em cada direção. A coleta de elétrons e leitura dos sinais é realizada por sistemas inovadores, cada um com uma superfície de nove metros quadrados, suspensos individualmente alguns milímetros acima do nível do líquido.

O detector ProtoDUNE de fase dupla é apenas um pequeno componente do detector que a colaboração internacional da DUNE planeja construir nos Estados Unidos na próxima década:um módulo detector DUNE abrigará o equivalente a 20 detectores de protótipo de fase dupla e operará em alta tensão de até 600, 000 volts.

A DUNE planeja construir quatro módulos detectores de tamanho real baseados na tecnologia de argônio. Eles estarão localizados a uma milha abaixo do solo no Sanford Underground Research Facility, em South Dakota. Os cientistas vão usá-lo para descobrir se os neutrinos podem ser a razão pela qual a matéria domina a antimatéria em nosso universo.

Os resultados do teste no CERN ajudarão na decisão de quantos módulos apresentarão a tecnologia monofásica e quantos usarão a tecnologia bifásica.

A colaboração DUNE inclui mais de 1, 000 cientistas e engenheiros de mais de 30 países em cinco continentes:África, Ásia, Europa, América do Norte e América do Sul.