TRABAJOS ACTUALES
¿De qué trata el experimento DAMIC?
El experimento Detección de materia oscura con CCD - DAMIC utiliza detectores de CCD especialmente construidos para detectar partículas. La primera versión del experimento fue realizada entre 2008 - 2009 y fue situada al nivel del suelo en el laboratorio A del Fermilab. La segunda etapa se llevó a cabo en la caverna del experimento MINOS a 100 metros de profundidad, en el Fermilab en 2010 y 2011. En 2012 se instaló el sistema experimental en el laboratorio SNOLAB en Canadá a 2000 metros de profundidad donde sigue tomando datos.
Hasta el momento, el experimento ya produjo 6 publicaciones en revistas arbitradas de alto impacto, además de numerosos capítulos en los proceedings de las presentaciones en congresos internacionales. La colaboración creció hasta contar con 13 instituciones de 9 países y más de 30 científicos.
Todavía no llegamos a ninguna conclusión sobre la materia oscura, pero en el camino hemos visto otras aplicaciones que podrían tener nuestros CCDs, ya que son tan sensibles que pueden medir rastros de contaminación radioactiva en un material al nivel de ppt, niveles tan bajos que ningún otro detector en el mundo antes había logrado.
¿En qué consiste el experimento CONNIE?
El experimento Coherent Neutrino-Nucleous Interaction Experiment o CONNIE consiste en medir los neutrinos saliendo de un reactor nuclear. Conseguimos el permiso para estar cerca del reactor nuclear Angra 2 de Brasil, en la Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto en Angra dos Reis. Allí está instalado el experimento CONNIE desde el 2014, con los mismos detectores que se usan para materia oscura, pero con unas pequeñas modificaciones, hoy en día somos 7 instituciones las que estamos llevando adelante ese proyecto.
Debido a que los detectores de CCD pueden medir cantidades muy pequeñas de energía, se pueden utilizar para detectar la dispersión coherente de neutrinos, que es una colisión predicha por el modelo padrón hace 44 años, pero que recién fue observado en 2017 por la colaboración COHERENT. Debido a que la transferencia de energía del neutrino al núcleo es muy baja, ese experimento no puede llegar a medir neutrinos de alrededor de 10 MeV, como los producidos en un reactor nuclear. Ya que los CCDs pueden detectar estas pequeñas transferencias de energía, CONNIE debería poder observar este tipo de procesos.
Los resultados de la corrida de prueba fueron publicados y a partir del 2016 se agregaron más detectores para aumentar la sensibilidad del experimento. Hasta el momento el sistema experimental sigue tomando datos sin problemas. El diseño de blindaje requerido para alcanzar el nivel de ruido deseado, fue realizado mediante simulaciones con el programa Geant4, permitiendo de esta manera obtener la mejor configuración posible. Actualmente estoy estudiando los datos extraídos y comparando con las simulaciones realizadas, a fin de estudiar el comportamiento de los muones detectados.
El objetivo actual es aumentar el detector a 10 kilogramos, ya que con la masa actual de 80 gramos es muy difícil observarlos. Imagínense el salto cuantitativo que es pasar de 80 gramos a 10 kilogramos. Estamos trabajando con los ingenieros electrónicos y mecátronicos de la FIUNA para diseñar la estructura metálica que debe soportar no solo a los detectores, sino al sistema de refrigeración y a los sistemas de alto vacío.
El experimento DarkNESS
Un nuevo proyecto fue aprobado este año con los mismos detectores de CCDs utilizados tanto en DAMIC como en CONNIE. La propuesta es lanzar los sensores al espacio en un satélite pequeño de baja órbita, llamado cubesat. Nosotros desde aquí estamos encargados de realizar las simulaciones de las partículas que los detectores van a recibir en el espacio, así como también del diseño y construcción de la electrónica a ser utilizada por estos detectores. Un ingeniero electrónico de la FIUNA fue al Fermilab por un año para trabajar en este experimento.
¿Cuál es el objetivo del experimento DUNE?
Desde el año pasado estamos con el Experimento Subterráneo Profundo de Neutrinos DUNE (Deep Undergorund Neutrino Experiment), que será el experimento más grande de la historia de neutrinos. El mismo va a ser realizado en Estados Unidos (EEUU) entre el laboratorio del Fermilab (donde se van a crear los neutrinos) y el laboratorio de Sandford en Dakota del Sur donde se los medirán después de haber viajado una distancia de 1300 kilómetros hasta la mina localizada a 1500 metros de profundidad.
El objetivo de este experimento es estudiar la oscilación de neutrinos, así como el mecanismo de generación de estos en supernovas, y también estudiar el posible decaimiento del protón.
Nosotros colaboramos en ese emprendimiento desde el punto de vista de la ingeniería electrónica para la detección de luz creada por el neutrino cuando choca con el argón líquido, que es el material que se va a utilizar para ese detector. Estamos trabajando conjuntamente con la Universidad Estadual de Campinas (UNICAMP) del Brasil quienes diseñaron un sistema novedoso para capturar fotones, que consiste en una trampa de luz que se llama Arapuca. Desde la FIUNA estamos apoyando este proyecto con los diseños y la construcción de los amplificadores que van a realizar la lectura de los detectores fotomultiplicadores de silicio (SiPM). En enero vamos a probar estos diseños en el Iceberg test stand, que es el módulo de prueba que se está montando actualmente en Fermilab.
Resonancia magnética nuclear con bajos campos magnéticos
Dentro del Laboratorio de Mecánica y Energía de la FIUNA, tenemos un nuevo proyecto que es para desarrollar un equipo de Resonancia Magnética Nuclear utilizando campos magnéticos de baja intensidad. Los equipos comerciales hoy en día son muy caros porque utilizan campos magnéticos elevados, lo que complica tanto su operación, como su mantenimiento. La idea es hacer un aparato de bajo costo para que se pueda utilizar en países en vías de desarrollo. El proyecto está siendo desarrollado por la Universidad de Penn State en EEUU, la Universidad de Delft en Holanda y en Uganda. Nosotros colaboramos en el diseño de un buen filtro electrónico para que los sistemas de lectura capten la señal sin ruido. La información registrada de esta manera se puede mejorar con nuevos métodos de procesamiento de imágenes.
El Dr. Molina se encuentra trabajando además en el proyecto “Determinación de la transmitancia térmica de materiales utilizados en la construcción en Paraguay” con el cofinanciamiento del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT). El objetivo del mismo es estudiar la transferencia del calor en los materiales de construcción realizados en el país. La idea es evitar al máximo la transferencia del calor con la combinación de distintos materiales. Esto ayudaría a tener cierto confort dentro de las casas sin gastar tanta energía en refrigeración.
