A colaboração DUNE publicou seu primeiro artigo cienta­fico baseado em dados coletados com o detector monofa¡sico ProtoDUNE localizado na Plataforma de Neutrino do CERN. Os resultados mostram que o detector estãofuncionando com eficiência superior a 99%, tornando-o não apenas a maior, mas também a ca¢mara de projeção de tempo de arga´nio la­quido com melhor desempenho atéo momento. Os cientistas agora estãousando suas descobertas para refinar suas técnicas experimentais e se preparar para a construção do experimento internacional Deep Underground Neutrino na Long-Baseline Neutrino Facility, um programa experimental de neutrino de próxima geração patrocinado pelo Fermilab do Departamento de Energia dos Estados Unidos.

"Esses primeiros resultados são uma a³tima nota­cia para nós", disse o co-porta-voz da DUNE Stefan Sa¶ldner-Rembold, professor da Universidade de Manchester, no Reino Unido. "Eles mostram que o detector ProtoDUNE-SP funciona ainda melhor do que o previsto. Agora estamos prontos para a construção dos primeiros componentes do detector DUNE, que contara¡ com ma³dulos detectores baseados neste prota³tipo, poranãm 20 vezes maiores."

DUNE éum ambicioso experimento internacional que mede as propriedades de minaºsculaspartículas fundamentais chamadas neutrinos . Os neutrinos são a parta­cula de matéria mais abundante no universo, mas como raramente interagem com outraspartículas, são incrivelmente difa­ceis de estudar. Existem pelo menos três tipos diferentes de neutrinos e, a cada segundo, 65 bilhaµes deles passam por cada centa­metro quadrado da Terra. Enquanto viajam, eles fazem algo peculiar: eles mudam de um tipo para outro. Os cientistas acham que essas oscilações de neutrinos- assim como oscilações envolvendo neutrinos de antimatéria - poderiam ajudar a responder algumas das grandes questões da física, como a assimetria matéria-antimatéria observada no universo. O DUNE também ira¡ procurar neutrinos de supernovas e procurar processos subata´micos raros, como o decaimento de pra³tons.

"O ProtoDUNE-SP mostra que podemos ampliar esse tipo de tecnologia para o tamanho e a resolução de que precisamos para finalmente colocar os neutrinos sob um microsca³pio muito poderoso", disse Marzio Nessi, coordenador da Plataforma de Neutrinos do CERN.

A medição precisa dessas oscilações restringira¡ e atéexcluira¡ alguns modelos teóricos e abrira¡ novos caminhos para descobrir e explorar fena´menos subata´micos raros. Mas para obter essas medições precisas, os cientistas precisam de detectores incrivelmente grandes, sensa­veis e confia¡veis.

"Os resultados do ProtoDUNE mostram que projetamos um detector que nos permitira¡ atingir nossos objetivos cienta­ficos no DUNE", disse Elizabeth Worcester, cientista do Laborata³rio Nacional Brookhaven do Departamento de Energia e coordenadora de física do DUNE.

 

O DUNE foi projetado para revelar a natureza das oscilações de neutrinos, disparando um intenso feixe de neutrinos do Fermilab perto de Chicago atravanãs de 1.300 quila´metros (800 milhas) de terra e em quatro ma³dulos detectores subterra¢neos gigantes localizados a 1,5 quila´metros de profundidade no Sanford Underground Research Facility em South Dakota . Dois detectores ProtoDUNE no CERN - um baseado em uma fase única e outro baseado em uma tecnologia de arga´nio la­quido de fase dupla - são um passo em direção a  construção dos enormes ma³dulos detectores DUNE, cada um preenchido com 17.000 toneladas de arga´nio la­quido. O DUNE Technical Design Report, publicado em fevereiro, éo projeto para a construção desses ma³dulos.

No CERN, cientistas da DUNE de todo o mundo usaram raios ca³smicos e um feixe de teste de 800 GeV para avaliar o detector ProtoDUNE-SP. O feixe de teste do acelerador SPS do CERN passou por dois alvos separados para criar feixes de elanãtrons, pra³tons e outros tipos de partículas Os detectores departículas localizados fora do ProtoDUNE mediram a energia e a identidade dessaspartículas de feixe de teste antes de entrarem no ProtoDUNE-SP. Dentro do detector, delicados planos de fios intercalados com detectores de fa³tons estãopendurados em 800 toneladas de arga´nio la­quido transparente. Quando uma parta­cula que passa interage com o arga´nio, ela bate os elanãtrons soltos que são atraa­dos por um campo elanãtrico de alta voltagem por vários metros para os planos de fio pra³ximos a s paredes do detector. A partir do sinal nos fios, os cientistas criam uma imagem 3-D da parta­cula ' s trajeta³ria e pode determinar sua energia e identidade. Ao comparar essas informações de dentro do ProtoDUNE-SP com as propriedades conhecidas da parta­cula do feixe de teste original, eles foram capazes de calibrar com precisão o aparelho e otimizar o software de reconstrução complexo.

Assim como a qualidade de uma foto varia significativamente com base na qualidade da ca¢mera e do software de edição do fota³grafo, a qualidade dos dados fa­sicos étão boa quanto o detector e suas ferramentas de reconstrução. Os cientistas que trabalham no ProtoDUNE-SP aprenderam com os experimentos anteriores com neutrinos e alcana§aram umnívelde desempenho que antes era impossí­vel. Todos os dados do detector contem pequenas variações, chamadas de rua­do, que a s vezes podem ser difa­ceis de distinguir dos sinais criados por partículas Este éum problema comum em todos os experimentos de física, e os cientistas estãoconstantemente pensando em maneiras inovadoras de melhorar a qualidade dos dados por meio de uma combinação de aumento da força do sinal e diminuição da quantidade de rua­do. Neste primeiro artigo DUNE, os cientistas mostram como eles foram capazes de alcana§ar uma relação sinal-rua­do de 50 para 1, o que antes era impossí­vel de alcana§ar para as ca¢maras de projeção de tempo de arga´nio la­quido. Eles também avaliaram a confiabilidade do detector e descobriram que mais de 99% de seus 15.360 canais de detectores estãofuncionando como deveriam.

"Se alguns canais em um detector não funcionam, os cientistas obtem lacunas em seus dados", disse Tingjun Yang, um colaborador do DUNE no Fermilab que liderou a análise de dados do ProtoDUNE. "As ferramentas de análise de dados podem ajudar a fechar essas lacunas, mas háum limite. O número de canais inativos no ProtoDUNE éinferior a 1%, o que nos da¡ uma reconstrução de eventos altamente eficiente. O ProtoDUNE-SP mostra que podemos alcana§ar e superar nossos objetivos fa­sicos. "