The NOvA Series | 2 Far Detector

El experimento NOvA ( “NuMI Off-Axis electron-Neutrino Appearance Experiment” por sus siglas en inglés) es un experimento que sigue en construcción dentro de las instalaciones de Fermilab, a las afueras de Chicago. Se diseño es tal que al mismo tiempo ya esta recabando datos. Dicho proyecto buscará dar respuesta a algunas interrogantes sobre la naturaleza física de los neutrinos.

Neutrinos

Pensemos en los neutrinos como partículas subatómicas, tan ligeras que no se sabe a ciencia cierta cual es en realidad su masa -sólo existen cotas- y además de ligeras, neutras, por lo que no “sienten” la existencia de campos eléctricos y magnéticos.

platano

Un plátano.

Los neutrinos no forman parte del átomo -esas partículas se llaman neutrones- pero son producidos naturalmente mediante el decaimiento de un isótopo de potasio en el plátano, como productos de reacciones termonucleares en el Sol y también como productos en las explosiones de estrellas (Supernovas) por dar algunos ejemplos.

Científicos e ingenieros han creado mecanismos tales que la producción de neutrinos en condiciones especiales (o de laboratorio) han permitido su estudio sistemático. Tal es el papel que desempeña alguna de la gente que trabaja en Fermilab y razón por la cual dequitan su nada despreciable sueldo.

Los neutrinos tienen fama de ser las partículas más abundantes y ligeras del universo conocido. Como muestra: cada segundo 10 000 000 000 neutrinos pasan a través del área de la uña del dedo pulgar de tu mano aproximadamente; si un electrón pesara tanto como un elefante africano, un neutrino no sería más pesado que la mitad de una manzana.

Neutrino Mix

Neutrino Mix

Además de eso, los neutrinos tienen propiedades sorprendentes que han puesto a prueba teorías fundamentales en física como lo son la Mecánica Cuántica y la Relatividad Especial. Los neutrinos rara vez interactúan con otras partículas y además, oscilan de un estado de sabor a otro.

Pero no les comentaré hoy sobre los detalles de estas interesantes partículas, sino de NOvA.

Líneas arriba mencioné que el experimento NOvA era, para empezar, un “proyecto” y que además, en construcción. Si la idea de experimento se reduce a “dejar caer una pelotita para después tomar el tiempo que tarda en tocar el suelo” y la idea de estar en un laboratorio a “usar bata blanca dentro de un zótano o salón de clases”, creo que no nos hemos entendido.

NOvA

Me gustaría que pensáramos en NOvA como la obra en construcción de un edificio. De un rascacielos. De un proyecto de ingeniería que jamás se ha hecho antes y a Fermilab como a una empresa que proveé recursos esenciales como electricidad, agua y capital humano.

Pero también a NOvA lo forma gente: me atrevería a decir que alrededor 150 personas (científicos, ingenieros, técnicos, administrativos, estudiantes, posdocs) de quizá 30-35 instituciones alrededor del mundo y existe campo para muchas más. No hay instituciones Mexicanas asociadas al proyecto aún.

NOvA poseé dos detectores: NearDet (Detector Cercano) y FarDet (Detector Lejano) además de un prototipo (NDOS). Para fines prácticos, pensemos a los detectores como edificios. Tanto NearDet como NDOS estan ubicados dentro de las instalaciones de Fermilab, en el estado de Illinois.
El FarDet se ubica en una localidad llamada Ash River, en el estado de Minnesota muy cerca de la frontera con Canadá.

¿Por qué dos detectores y no 3? ¿o por qué no nada más uno? Tales preguntas serán explicadas en un futuro.

Por lo pronto sería bueno pensar lo siguiente. Si los detectores son como edificios -que para su tamaño realmente lo son- necesitarán de energía, de mano de obra, de mantenimiento. De alguien que vaya a vigilar y monitorear el estado de su construcción y de sus sistemas de refrigeración o de la electrónica, como todo edificio “normal”.

¿Será acaso que dichas tareas corren a cargo de algún ingeniero civil? ¿mandarán llamar a algún plomero si existe alguna fuga? Ciertamente no y la respuesta es: entrenar a estudiantes.

EXPERT TRAINING

FarDet Control Room

FarDet Control Room

A finales de Octubre del año pasado, parte del grupo de Iowa State participó en un curso intensivo sobre instrumentación y sistemas impartido en el sitio de construcción y ensamblaje del FarDet: Ash River, MN. El curso fue impartido por ingenieros y técnicos que estan laborando en el detector y los que atendimos proveníamos de diversas instituciones. El objetivo era convertir a los presentes en expertos o alguien que por definición, ayudara a resolver los múltiples problemas que han ido apareciendo conforme la construcción de semejante proyecto.

No se puede convertir en experto de un sistema tan complejo en 2 días, pero lo bailado nadie nos lo quita. Existieron 3 modulos:

  • APDs (Avalanche Photodetectors)
  • Dry Gas and Water Cycling Systems
  • Environmental Monitoring and Power Supplies

El primero trató sobre un dispositivo electrónico fundamental para el detector cuyo funcionamiento consiste en transformar señales luminosas en señal eléctricas. El segundo sobre sistemas de enfriamiento a base de agua y aire a presión. El tercero sobre la temperatura en diversas areas del detector y de cómo la energía eléctrica es distribuida entre sus componentes. Decidí atender el segundo módulo motivado quizá por un simple proceso de eliminación y porque ya había tenido cierta experiencia en meses pasados. Confío en no perder la pista a sus múltiples actualizaciones y pronto seguir subiendo en nivel de entendimiento.

La oportunidad de que a una temprana edad (como estudiante) tengas de aprender estas cosas en estas fases iniciales del proyecto son escasas. Sobra decir que somos afortunados.

ORR

Durante el curso, nos hospedamos en un poblado de alrededor 1000 habitantes segun el último censo. Pese a que era ya otoño, vientos bajo cero ya se dejaban sentir. A esas latitudes del mundo, el sol describe curvas muy pronunciadas en el horizonte y tanto la flora y fauna de ese lugar comienzan el paulatino proceso de preparación para la estación de invierno. Para evitar el tedio del camino entre nuestro hospedaje y el sitio donde se encuentra el FarDet, escuchábamos la radio. Para mi sorpresa, una de las 3 estaciones que aún se seguíamos recibiendo era Radio Québec, en francés. Canadá estaba tan cerca.

Era época de venados. Eran tantos que salía de arbustos hacia claros de bosque en un suspiro, atravesando la desolada carretera y con ello, aumentando el riesgo de un accidente infortunado. Por las noches no eran luciérnagas sino el reflejo de sus córneas debido a la luz de nuestro carro lo que nos mantenía viendo por la ventana a nuestro paso.

Hubo un par de aventuras con los amistosos locales, pero eso ya es otra historia.

Ash River, MN

Ash River, MN

THE FAR DETECTOR

Ver el FarDet estando desde su base para después levantar la mirada hasta su cúspide requiere que des un paso no previsto hacia atras, con la cara completamente viendo hacia el techo y sosteniéndote el casco de protección con la mano para que no se caiga. Y es que ese monstruo es enorme. Es difícil de creer al principio.

Corren rumores que cuando termine su construcción, será la estructura de plástico más grande jamás creada. O la piscina aceite mineral más grande (para detectar neutrinos, tanto el FarDet como el NearDet y NDOS usan líquido centellador diluido en aceite mineral. Describiré cómo funciona el mecanismo de detección con más detalle en una próxima entrega).

Expert Training 2013

Expert Training 2013

Tendré que dejar de escribir por el momento. Dentro de unas horas y con maletas listas viajaremos hacia Pasadena, CA. Será la primera Reunión de Colaboración del año y habrá que estar listos para las buenas y malas noticias relacionadas al experimento. Stay tuned!

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