DUNE
DUNE — Deep Underground Neutrino Experiment — es el mayor proyecto de neutrinos que se está construyendo actualmente. Un haz procedente del Fermilab, cerca de Chicago, se enviará 1 300 kilómetros hasta Dakota del Sur, para recibirlo allí en una antigua mina de oro.
La instalación
En el Fermilab surge con LBNF una nueva instalación de haz. Trabajará al principio con 1,2 megavatios y más adelante se ampliará a más del doble — sería el haz de neutrinos más intenso del mundo. Un complejo de detectores cercanos mide allí lo que se envía.
El detector lejano se encuentra a 1 480 metros de profundidad en la Sanford Underground Research Facility de Lead, Dakota del Sur — en las mismas galerías en las que en su día Raymond Davis llevó adelante el experimento Homestake. Para las cavernas se arrancaron más de 800 000 toneladas de roca; la excavación quedó concluida en 2024.
Están previstos cuatro módulos con unas 17 000 toneladas cada uno de argón líquido, enfriado a unos 186 grados Celsius bajo cero.
Por qué argón líquido
Detectores anteriores como MINOS estaban hechos de acero y centellador. En el fondo solo ven adónde ha ido un muón — una traza, una dirección, una energía.
Una cámara de proyección temporal con argón líquido rinde más. Cuando una partícula cargada atraviesa el argón, deja tras de sí una estela de electrones libres. Un campo eléctrico los arrastra varios metros hasta un plano de hilos. A partir del lugar en el plano y del instante de llegada se reconstruye la trayectoria en tres dimensiones — con una resolución del orden del milímetro.
El resultado se asemeja a una fotografía del suceso. No solo se reconoce que algo ha ocurrido, sino qué partículas intervinieron y cómo se ramificaron.
El precio de ello es la pureza: bastan trazas de oxígeno para capturar los electrones en deriva. El argón debe mantenerse limpio hasta unas pocas partes por billón.
Las tres preguntas
¿Violan los neutrinos la simetría CP? Si los neutrinos y los antineutrinos se comportan de manera distinta, ello sería una pieza para explicar por qué hay materia en el universo. T2K ha aportado los primeros indicios; DUNE debe decidir la cuestión.
La larga distancia no es en ello un fin en sí mismo. A lo largo de 1 300 kilómetros, el efecto MSW actúa con tal intensidad que su contribución se puede separar limpiamente de la violación CP buscada — en trayectos más cortos ambas influencias se mezclan.
¿Cuál de las masas de los neutrinos es la mayor? El mismo efecto responde a la vez a la pregunta por el orden de las masas de los neutrinos.
¿Se desintegra el protón? Las grandes teorías unificadas predicen una desintegración del protón extremadamente rara. El argón líquido es más sensible que el agua a determinados canales de desintegración, razón por la cual DUNE e Hyper-Kamiokande se complementan aquí.
A ello se suma una disposición que no se puede planificar: si en nuestra galaxia estalla una supernova, DUNE captaría de ella miles de neutrinos — y preferentemente neutrinos electrónicos, que los detectores de agua ven peor. Ambas construcciones juntas darían una imagen más completa del colapso del núcleo que cada una por separado.
Estado
Las cavernas están excavadas, el montaje de los primeros módulos está en marcha. En el CERN, el prototipo ProtoDUNE ha ensayado la técnica a escala de varios centenares de toneladas — con dos formas constructivas distintas de la cámara de deriva, cada una de las cuales se emplea en uno de los dos primeros módulos.
Según la planificación actual, las mediciones deben comenzar hacia finales de esta década. En proyectos de este tamaño, la experiencia enseña que los plazos se desplazan. La colaboración comprende más de 1 400 científicas y científicos de más de 30 países.
Términos relacionados
- Hyper-Kamiokande — la contraparte japonesa
- T2K — los primeros indicios de CP
- Experimento Homestake — la misma montaña, otra época
- Efecto MSW — por qué el trayecto es tan largo
Fuentes
- Colaboración DUNE: Long-baseline neutrino oscillation physics potential of the DUNE experiment, European Physical Journal C 80, 978 (2020).
- Fermilab: LBNF/DUNE — descripción del proyecto y estado de las obras.