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Os cientistas que trabalham no CERN começaram os testes de um novo protótipo de detector de neutrinos, usando uma tecnologia muito promissora chamada “fase dupla”. Se for bem-sucedida, essa 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 duas fases no CERN no final de agosto e observaram as primeiras faixas. Cheio de 800 toneladas de argônio, o detector é do tamanho de uma casa de três andares.
A nova tecnologia seria usada além dos chamados detectores monofásicos que foram operados com sucesso por muitos anos. Mas a nova tecnologia de fase dupla pode mudar o jogo, pois amplificaria significativamente os sinais fracos que as partículas criam ao se mover pelo detector.
Esta imagem mostra uma pista feita por um múon de raios cósmicos observado no detector ProtoDUNE de duas fases. A ionização liberada pela trilha do múon no argônio líquido e pela atividade eletromagnética correlacionada pode ser vista. Imagem: ProtoDUNE
"A tecnologia monofásica é um método comprovado que será usado para construir o primeiro módulo para o detector DUNE", disse o co-porta-voz da DUNE, Ed Blucher, da Universidade de Chicago. "Esta nova tecnologia de fase dupla fornece um segundo método que tem um grande potencial para adicionar aos recursos do detector DUNE".
Em um experimento monofásico, 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 colide 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.
Agora, cientistas e engenheiros implantaram em larga 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 fracos de partículas antes que cheguem aos sensores localizados na parte superior do detector, dentro o gás argônio. Comparado à tecnologia monofásica, essa configuração pode gerar sinais mais fortes, o que os diferencia do ruído de fundo. Isso permitiria aos cientistas procurar por interações de neutrinos de menor energia.
Outra vantagem da tecnologia bifásica: todos os eletrônicos para a coleta de dados estão localizados na camada de gás perto da parte superior do detector e podem ser acessados através de chaminés especiais que se abrem do lado de fora, mesmo quando a maioria do detector está cheia. argônio, mantido 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 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 do argônio", disse Nigel Lockyer, diretor do Fermilab.
O protótipo é um detector em forma de cubo com cerca de seis metros de comprimento em cada direção. A coleta dos elétrons e a leitura dos sinais são realizadas 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 duas fases é apenas um pequeno componente que a colaboração internacional DUNE planeja construir nos Estados Unidos na próxima década: um módulo detector de DUNE abrigará o equivalente a 20 detectores de protótipo de duas fases e operará em alta tensão de até 600.000 volts.
A DUNE planeja construir quatro módulos detectores em tamanho real com base na tecnologia de argônio. Eles estarão localizados a uma milha de profundidade no Sanford Underground Research Facility, em Dakota do Sul. Os cientistas o usarão 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 da 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.
Fonte: CERN / 9 de outubro de 2019 |
https://news.fnal.gov/2019/10/tests-start-cern-large-scale-prototype-new-technology-detect-neutrinos/
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Hélio R.M. Cabral
(Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for
Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA
(National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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