Een cruciaal onderdeel van een van de grootste recente deeltjesfysica-experimenten werd ontwikkeld in Brazilië. De Arapuca is een lichtdetector die moet worden geïnstalleerd in het Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), een project om nieuwe eigenschappen van neutrino's te ontdekken, fundamentele deeltjes met zeer weinig massa die met bijna de lichtsnelheid reizen.

De X-Arapuca is een verbeterde versie van de lichtdetector ontwikkeld door professoren Ettore Segreto van het Gleb Wataghin Physics Institute van de Universiteit van Campinas (UNICAMP), en Ana Amélia Bergamini Machado, samenwerkende onderzoeker van dezelfde instelling. Het apparaat was het onderwerp van de sessie die werd gegeven op de eerste dag van de FAPESP Week London, een evenement dat plaatsvindt van 11-12 februari, 2019.

De detector wordt geïnstalleerd in de DUNE, die naar verwachting in 2021 in de Verenigde Staten met de bouw zal beginnen. DUNE zal worden uitgerust met twee enorme detectoren. De eerste komt dicht bij de bron in het Fermi National Laboratory (Fermilab) in Batavia, Illinois. De deeltjesversneller van het laboratorium zal een krachtige neutrinostraal produceren. Die straal gaat naar de tweede, veel grotere detector, 1, 300 km afstand, bij de Sanford Underground Research Facility in South Dakota, 70 houden, 000 ton vloeibaar argon en bevindt zich 1,5 km onder de grond. De site zal ook plaats bieden aan 60, 000 X-Arapuca-detectoren die verantwoordelijk zijn voor het detecteren van het licht dat door de straal wordt uitgestraald. Elke X-Arapuca meet 10 bij 8 centimeter.

Het hele systeem wordt op kleinere schaal getest - de ProtoDUNE - die sinds september 2018 in gebruik is bij de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) op de grens tussen Frankrijk en Zwitserland.

"Dit is de meest recente ontwikkeling van de Arapuca. Het biedt nog meer efficiëntie op basis van hetzelfde principe, terwijl er kleine wijzigingen worden aangebracht. We voeren de tests uit bij UNICAMP en de detector lijkt erg goed te zijn. Naast dat, constructie is eenvoudiger, ' zei Segreto.

Een van de aanpassingen was de opname van een geleidelicht - een apparaat gemaakt van een materiaal dat de fotonen in de detector efficiënter opsluit. Het is gemakkelijker om de eigenschappen van licht te meten door er meer van op te vangen. "Het idee van deze grotere detectoren is om nog meer fotonen naar de actieve detectoren te sturen, siliciumsensoren die veel kleiner zijn, ' zei Segreto.

Deze kleine sensoren zijn naar verwachting de enige onderdelen van de X-Arapuca die niet in Brazilië worden gemaakt. "Het idee is dat alle andere componenten in het land worden gemaakt, evenals de assemblage van het apparaat, " zei de onderzoeker, die het hele lichtdetectiegedeelte van het experiment zal leiden.

Het licht wordt geproduceerd wanneer de neutrinostraal de argonvloeistof in de hoofddetector van de DUNE bereikt en scintillatie produceert. Een van de factoren die de keuze voor vloeibaar argon hebben beïnvloed, is het scintillatievermogen, die veel groter is dan het water dat wordt gebruikt in andere experimenten, zoals de Japanse Super-Kamiokande. De argon wordt verdeeld in vier modules, elk met argon in vloeibare toestand bewaard door koeling tot -184°C. Vloeibaar argon zal het ook mogelijk maken om 3D-beelden van de interacties te verkrijgen met een ongekende hoeveelheid detail en precisie.

Het experiment zal naar verwachting antwoorden geven over hoe het universum is gevormd, het onderzoeken van mysteries als de "ladingpariteitssymmetrie-schending van leptonen, " die, net na de oerknal, zou een klein overschot aan materie ten opzichte van antimaterie hebben voortgebracht. Dit overschot vormt het universum dat we kennen.

Stefan Söldner-Rembold, een professor aan de Universiteit van Manchester en een van de sprekers op het evenement, prees de deelname van Brazilië aan het experiment. De onderzoeker sprak namens UK's deelname aan het consortium. "Een van de uitdagingen die we hebben met dit soort overeenkomsten, is hoe de verschillende financieringsinstanties uit andere landen middelen bijdragen. Wie het geld inbrengt, wil dat het wordt uitgegeven, en de ontwikkelde expertise, lokaal. Het idee is dat Brazilië niet alleen geld bijdraagt, maar dat de detectoren in het land worden gebouwd en in de DUNE worden geïnstalleerd met behulp van Braziliaanse knowhow. Dit is meestal moeilijk om te doen, maar in dit geval gaan we het redden, " zei de onderzoeker.