Os cintiladores de plástico são um dos materiais ativos mais usados ​​na física de alta energia. Suas propriedades tornam possível rastrear e distinguir entre topologias de partículas. Entre outras coisas, cintiladores são usados ​​nos detectores de experimentos de oscilação de neutrino, onde eles reconstroem o estado final da interação do neutrino. As medições dos fenômenos de oscilação são realizadas através da comparação de observações de neutrinos em detectores próximos (perto do alvo) e detectores distantes (até várias centenas de quilômetros de distância).

O CERN está fortemente envolvido no experimento T2K, o atual experimento de oscilação de neutrino líder mundial, no Japão, que divulgou recentemente resultados promissores. Uma atualização futura do detector próximo do experimento abrirá o caminho para resultados mais precisos. O novo detector compreenderá um detector de cintilador de plástico à base de poliestireno de duas toneladas segmentado em 1 x 1 x 1 cm ³ cubos, levando a um total de cerca de dois milhões de elementos sensíveis:quanto menores os cubos, mais precisos serão os resultados. Esta tecnologia pode ser adotada para outros projetos, como o DUNE perto do detector. Contudo, medições mais precisas exigiriam granularidade mais fina, tornando a montagem do detector mais difícil.

É aqui que entra o grupo CERN EP-Neutrino, liderado por Albert De Roeck, desenvolver uma nova técnica de produção de cintilador de plástico que envolve a manufatura aditiva. A P&D é realizada em colaboração com o Instituto de Materiais de Cintilação (ISMA) da Academia Nacional de Ciências da Ucrânia, que tem grande experiência no desenvolvimento de materiais cintiladores, e a Haute École d'Ingénierie et Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD), que é especialista em manufatura aditiva. O objetivo final é imprimir em 3D um "supercubo, " isso é, um único bloco maciço de cintilador contendo muitos cubos opticamente independentes. A impressão 3D resolveria o problema de montagem dos cubos individuais, que poderia ser produzido em qualquer tamanho, incluindo menor que 1 cm ³ , e relativamente rápido (volumes maiores que 20 x 20 x 20 cm ³ pode ser produzido em cerca de um dia).

Até aqui, a colaboração foi frutífera. Um teste preliminar deu a primeira prova de conceito:o rendimento de luz de cintilação de um cintilador à base de poliestireno impresso em 3D com modelagem de deposição fundida foi considerado comparável ao de um cintilador tradicional. Mas o caminho para um supercubo pronto para usar ainda é longo. Otimização adicional dos parâmetros do cintilador e ajuste da configuração da impressora 3-D, seguido por uma caracterização completa do cintilador impresso 3-D, precisará ser alcançado antes que o material refletor de luz para isolar opticamente os cubos possa ser desenvolvido.

Essa nova técnica também pode abrir novas possibilidades para o campo de detecção de partículas. Um detector cintilador de plástico impresso em 3D bem-sucedido poderia abrir caminho para um uso mais amplo dessa tecnologia na construção de detectores, que poderia sacudir o campo da física de alta energia, bem como o da medicina, onde detectores de partículas são usados, por exemplo, na terapia do câncer. Além disso, a impressora 3-D de excelente custo-benefício poderia ser replicada com bastante facilidade e usada em um grande número de configurações. Umut Kose, do grupo EP-neutrino e Plataforma de Neutrino do CERN, explica:"Nosso sonho vai além do supercubo. Gostamos de pensar que, em alguns anos, A impressão 3D permitirá que alunos do ensino médio façam seus próprios sistemas de detecção de radiação. O potencial de alcance desta tecnologia é alucinante. "

Davide Sgalaberna, agora na ETH Zurique, não esconde o entusiasmo por esta aventura:"Esta é a primeira vez que a impressão 3D pode ser usada para detectores de partículas reais. Estamos transformando nossa vontade pessoal em um projeto, e temos esperança de que isso possa levar a um grande avanço. Isso é emocionante. "Essa emoção é compartilhada pelos colegas de Davide, que estão mais do que prontos para retomar o trabalho no detector impresso em 3D, uma vez que a facilitação do bloqueio permite que todos retornem ao CERN.