Ionização de Argão Líquido com Lasers de Alta Intensidade no ProtoDUNE
"Laser UV de alta intensidade calibra o ProtoDUNE, preparando futuras análises para os detetores da experiência DUNE."
O DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) é um grande projeto internacional de física no qual um feixe de neutrinos será enviado do Fermilab, em Illinois, para um conjunto de detetores massivos de partículas em argão líquido localizados a grande profundidade no Sanford Underground Research Facility, no Dakota do Sul, a 1285Km de distância. O DUNE estudará, entre outros tópicos, as oscilações de neutrinos para determinar a hierarquia de massas dos mesmos e procurar evidências de assimetria entre neutrinos e antineutrinos.
Atualmente, estão a ser testados dois protótipos dos detetores de argão líquido no CERN. Estes registam sinais de raios cósmicos e feixes de partículas carregadas do CERN, mas também de outras fontes que serão utilizadas para calibrar os detetores finais no subsolo. Uma dessas fontes é o sistema de calibração por laser desenvolvido e construído conjuntamente por cientistas e engenheiros do LIP e do Los Alamos National Laboratory (LANL), EUA.
Vista geral da neutrino platform, com o ProtoDUNE-HD em primeiro plano e ProtoDUNE-VD em segundo plano
O sistema consiste em pulsos UV laser de altíssima intensidade que são injetados no detetor, através de periscópios invertidos, ionizando o líquido ao longo de linhas retas. Isso permite aos cientistas identificar e corrigir distorções geométricas causadas pela não uniformidade do campo elétrico e melhorar a precisão geral no registo de partículas incidentes.
Periscópio P2, detalhe do sistema de rotação dupla desenhado e construído no LIP
Periscópio P3 acabado de instalar
A tecnologia de utilização de um laser UV para produzir trajetórias retas em grandes detetores de argão líquido foi pioneira na experiência MicroBooNE. Embora a calibração laser do DUNE tenha sido inspirada no design do MicroBooNE, foi necessário adaptá-la para calibrar o detetor distante do DUNE, que tem uma escala muito maior. Este trabalho, realizado em estreita colaboração entre o LIP e o LANL, foi liderado por José Maneira, com grande parte do design mecânico feito por Rui Alves. Posteriormente, as peças do sistema mecânico foram fabricadas na oficina mecânica de Coimbra sob a supervisão de Luís Lopes. O processo de varrimento do detetor com o feixe laser é coordenado por uma placa eletrónica (CIB - calibration interface board) desenvolvida por Nuno Barros e dirigida por um software GNavigator, escrito por Francisco Neves. O movimento preciso dos periscópios foi assegurado por um sistema de controlo e monitorização de motores desenhado por Vladimir Solovov.
Recentemente, foi realizado, com sucesso, um teste do processo de calibração por laser, com o sistema a produzir uma série de trajetórias de laser através do volume do detetor, registadas pelo sistema de aquisição de dados do ProtoDUNE. O teste demonstrou o trabalho coordenado entre a placa CIB, o software GNavigator e os sistemas de aquisição de dados e controlo lento do detetor.
Imagens dos traços do laser obtidas com o detetor ProtoDUNE-HD. À esquerda, sobrepostos a traços de muões cósmicos; à direita, após a filtragem da imagem
Este sucesso seria impossível sem a presença da equipa do LIP no local. Wallison Campanelli passou seis meses no CERN a ajudar na instalação, comissionamento e operações enquanto o detetor era preenchido com argão líquido e a infraestrutura de calibração laser era implementada. Outros membros da equipa do DUNE, incluindo José Maneira, Vladimir Solovov, Nuno Barros e Rui Alves, estiveram presentes em momentos críticos para ajudar na instalação e testes de hardware.
Wallison dentro do criostato de ProtoDUNE
Vladimir a entrar no detetor
A inserir o periscópio P3 nas flanges, com José, Vladimir e David
Wallison a montar a cobertura de proteção do Laser
Os dados recolhidos serão agora usados para calibrar o ProtoDUNE e preparar as análises para a futura utilização nos detetores muito maiores do DUNE.