En kritisk del av ett av de största experimenten med partikelfysik på senare tid utvecklades i Brasilien. Arapuca är en ljuddetektor som ska installeras i Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), ett projekt som försöker upptäcka nya egenskaper hos neutrinoer, grundläggande partiklar med mycket liten massa som rör sig nära ljusets hastighet.

X-Arapuca är en förbättrad version av ljusdetektorn utvecklad av professorer Ettore Segreto vid Gleb Wataghin Physics Institute vid University of Campinas (UNICAMP), och Ana Amélia Bergamini Machado, samarbetande forskare från samma institution. Enheten var föremål för sessionen som gavs på dag ett av FAPESP Week London, ett evenemang som äger rum 11-12 februari, 2019.

Detektorn installeras i DUNE, som förväntas börja bygga i USA 2021. DUNE kommer att utrustas med två enorma detektorer. Den första kommer att vara nära källan vid Fermi National Laboratory (Fermilab) i Batavia, Illinois. Labens partikelaccelerator kommer att producera en kraftfull neutrino -stråle. Den strålen kommer att resa till den andra, mycket större detektor, 1, 300 km bort, vid Sanford Underground Research Facility i South Dakota, innehar 70, 000 ton flytande argon och ligger 1,5 km under jorden. Webbplatsen kommer också att rymma 60, 000 X-Arapuca-detektorer som kommer att ansvara för att detektera ljuset från strålen. Varje X-Arapuca kommer att mäta 10 gånger åtta centimeter.

Hela systemet testas i mindre skala - ProtoDUNE - i drift sedan september 2018 vid European Organization for Nuclear Research (CERN) på gränsen mellan Frankrike och Schweiz.

"Detta är den senaste utvecklingen av Arapuca. Den ger ännu större effektivitet baserad på samma princip, samtidigt som man inför mindre ändringar. Vi kör testerna på UNICAMP och detektorn verkar vara mycket bra. Utöver det, konstruktionen är enklare, "Sa Segreto.

En av modifieringarna var införandet av ett styrljus - en enhet gjord av ett material som mer effektivt fångar fotonerna inuti detektorn. Det är lättare att mäta ljusets egenskaper genom att fånga mer av det. "Tanken med dessa större detektorer är att rikta ännu fler fotoner till de aktiva detektorerna, kiselsensorer som är mycket mindre, "Sa Segreto.

Dessa små sensorer förväntas vara de enda delarna av X-Arapuca som inte kommer att tillverkas i Brasilien. "Tanken är att alla andra komponenter ska tillverkas i landet liksom enhetens montering, "sa forskaren, som kommer att leda hela ljusdetekteringsdelen av experimentet.

Ljuset kommer att produceras när neutrino -strålen når argonvätskan i DUNE:s huvuddetektor och producerar scintillation. Bland de faktorer som påverkade valet av flytande argon är dess scintillationskapacitet, som är mycket större än vattnet som används i andra experiment som Japans Super-Kamiokande. Argon kommer att distribueras i fyra moduler, varje förvaringsargon som hålls i flytande tillstånd genom kylning till -184 ° C. Flytande argon gör det också möjligt att få 3D -bilder av interaktionerna med en oöverträffad mängd detaljer och precision.

Experimentet förväntas ge svar om hur universum bildades, undersöker sådana mysterier som "laddning-paritets symmetri kränkning av leptoner, " som, strax efter Big Bang, skulle ha producerat ett litet överskott av materia över antimateria. Detta överskott utgör det universum vi känner.

Stefan Söldner-Rembold, en professor vid University of Manchester och en av talarna vid evenemanget, berömde Brasiliens deltagande i experimentet. Forskaren talade på uppdrag av Storbritanniens deltagande i konsortiet. "En av utmaningarna vi har med denna typ av avtal är hur de olika finansieringsorganen från andra länder bidrar med resurser. Den som lägger upp pengarna vill att de ska användas, och den kompetens som utvecklats, lokalt. Tanken är att Brasilien inte bara bidrar med medel, men att detektorerna byggs i landet och installeras i DUNE genom användning av brasilianskt kunnande. Detta är vanligtvis svårt att göra, men vi kommer att lyckas göra det i det här fallet, "sa forskaren.