Los digitalizadores en tarjeta de Spectrum Instrumentation son utilizados para el detector de neutrinos líquidos más grande de la humanidad.
Hasta hace poco, se pensaba que las partículas de neutrinos no tenían masa, pero ahora la teoría es que en realidad tienen masa con un valor muy pequeño, además de venir en tres «sabores» diferentes que pueden cambiar de un lado a otro.
A menudo llamadas partículas fantasma, su estudio es muy difícil, ya que normalmente atraviesan la mayor parte de la materia normal sin obstáculos ni ser detectadas, por lo que se deben construir detectores especializados para buscarlas.
El último de ellos se llama JUNO, situado a 750 metros bajo tierra en Jiangmen, China, y es posible gracias a 17 países diferentes con 730 científicos que trabajan en 74 universidades y laboratorios nacionales, que se han unido en este proyecto de 400 millones de euros.
Para desarrollar la parte central del detector, el centelleador líquido, se utilizan tarjetas digitalizadoras ultrarrápidas de Spectrum Instrumentation.
JUNO se encuentra precisamente entre ocho reactores nucleares existentes que proporcionan una fuente de neutrinos para su estudio. En su corazón hay una gigantesca esfera acrílica altamente transparente con un diámetro interior de 34,5 m, llena de 20.000 toneladas de una sustancia similar al petróleo especialmente desarrollada.
Este centelleador líquido crea fotones cuando un neutrino interactúa con él, y está encerrado en una gran piscina de agua de 35.000 toneladas. Los fotones son detectados por un conjunto de aproximadamente 45.000 tubos fotomultiplicadores (PMT) que rodean la esfera.
Todo un equipo preparado
Los equipos de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia están utilizando tarjetas digitalizadoras M4i.2212 de Spectrum Instrumentation en sus experimentos de alta precisión a escala de laboratorio para caracterizar los centelleadores líquidos, que requieren una adquisición avanzada de datos. Cuando el detector JUNO se ponga en marcha a finales de 2024, será el detector de neutrinos líquidos más grande construido por la humanidad. El detector mejorará drásticamente nuestro conocimiento sobre las interacciones y propiedades de estas escurridizas partículas fantasma.
Detección de neutrinos
La esfera acrílica central contiene el centelleador líquido rodeado por una capa de agua. Ambos tienen que ser ultrapuros, ya que la menor cantidad de contaminación podría contener un material radiactivo. Durante la construcción, los trabajadores tuvieron que usar dos pares de guantes, porque, incluso, el sudor de una huella dactilar podría contaminar y arruinar todo el proyecto. El detector se encuentra en un espacio especialmente excavado a 750 m bajo tierra para protegerlo de la radiación ambiental.
Cuando un neutrino interactúa con el centelleador líquido (LS), deposita la energía de la interacción con las moléculas de esta sustancia. La enorme potencia lumínica del LS (normalmente > 10.000 fotones/MeV) garantiza una determinación precisa de la energía depositada. Sería muy beneficioso si también se pudiera reconstruir la dirección del neutrino incidente. Aquí, la luz de Cherenkov tenue pero direccional del paso inicial del neutrino a través del agua se empareja para dar a los físicos esta información.
El objetivo del desarrollo actual de centelleadores líquidos en Múnich y Maguncia es separar la rápida pero tenue luz de Cherenkov de la luz de centelleo dominante para permitir la reconstrucción simultánea de la energía y la dirección. Por lo tanto, el equipo dirigido por el Dr. Hans Steiger construyó varios experimentos de mesa de precisión con capacidades mejoradas de recolección de luz y resolución de tiempo.
«Elegimos las tarjetas digitalizadoras de Spectrum porque nos brindan un rendimiento de vanguardia, pero, a diferencia de las ofertas rivales, no son creaciones costosas o personalizadas», dijo el Dr. Hans Steiger, quien dirige el proyecto. «El enfoque modular de Spectrum significa que podíamos especificar exactamente lo que necesitábamos que hicieran las tarjetas, por lo que no teníamos ningún compromiso ni desperdiciábamos dinero en funciones no deseadas. Me encanta el hecho de que sean un producto PCIe estándar, por lo que podemos expandir el sistema en un chasis de computadora estándar a medida que recibimos más fondos. Como universidad que participa en grandes proyectos internacionales a largo plazo, necesitamos tener piezas fiables y la garantía de cinco años de Spectrum nos da tranquilidad.«
