Hola neutrins!
Fa uns dies us parlàvem dels detectors de neutrins i de simulacions per ordinador. El següent pas que fem en la nostra feina és construir aparells nous que els anomenem prototips i que els anem provant al laboratori. Avui seguirem a l’IFAE la construcció d’un prototipus de detector que s’anomena càmera de projecció temporal (la seva abreviació en anglès és TPC). Però abans de tot us explicarem algunes coses.
Què són les TPC?
Doncs es tracta de detectors de partícules carregades que es varen inventar als anys 70 del segle passat per David Nygren (amic i col·laborador de l’IFAE). La idea és ben simple però no és trivial de construir.
Al missatge 3 varem veure que les partícules carregades es detecten perquè ionitzen (o sigui, arrenquen electrons dels àtoms) un medi material. Una TPC és un detector que utilitza gas com a medi material. Normalment, si no separem l’electró de la resta de l’àtom (s’anomena ió perquè té càrrega elèctrica) es combinen de nou i perdem la informació. Per tal d’evitar-ho, hi posem un voltatge molt intens. Com que les càrregues elèctriques són positives, en els ions (de color blau a la gràfica) i negatives en els electrons (de color verd a la gràfica) són arrossegades pel voltatge en direccions oposades i separades, de manera que no es recombinen. Si continuem aplicant el voltatge, el que s’esdevé és que els electrons s’arrosseguen a un costat del volum de gas i els ions a un altre. Només hem de mesurar-los en un extrem (a l’esquerra de la figura) i…ja tenim un detector!
És més, si el voltatge és molt uniforme, els electrons recordaran la seva posició en el volum de gas perquè es desplacen en línia recta. D’aquesta manera podem calcular la posició en la qual es va produir la interacció de la partícula.
En el proper missatge veurem com mesurar els electrons però heu de tenir en compte que en un gas típic tal com l’argó, es produeix, només, un centenar d’electrons per cada centímetre (un corrent elèctric típic d’1 amper suposa el pas de 6,24 × 1018 electrons en un segon!).
El prototipus de l’IFAE
Al nostre laboratori estem involucrats en dos projectes que necessiten d’una TPC. El projecte T2K que us vaig comentar al missatge 3, i un altre que cerca una desintegració molt rara d’alguns nuclis; això ens aporta informació sobre la naturalesa dels neutrins. Per aquest projecte estem dissenyant una TPC que funcionarà amb un gas molt especial (i caríssim!), el Xenó, a una pressió que és unes 10 vegades la de l’atmosfera (tal com estar sota l’aigua a uns 90 metres de fondària!),
Abans que res, però, s’ha d’estar segurs que els conceptes bàsics funcionen i que es poden obtenir els resultats que esperem. Per a fer això és necessari un petit prototipus. El volum exterior és d’alumini i és necessari per a contenir el gas. A l’interior (segona imatge) podem observar, en color verd, l’estructura que procura que es mantingui un voltatge uniforme (els electrons flueixen com a la figura anterior: de dreta a esquerra.
Ara mateix està en fase de disseny, tal com podeu veure a les fotografies: tant el seu exterior com el seu interior. Però al llarg de la nostra aventura amb els neutrins a Recerca en Acció, esperem anar-vos explicant com va funcionant i com progressa aquest experiment. Esteu a l’aguait!
Fotografia d’un prototipus de TPC construit a Ginebra. El cilindre verd és un imà mentre que el cilindre d’alumini és el volum que conté el gas. Al centre mateix es pot veure l’electrònica de lectura.
Això no és un esquema…és un succés real!
Vol dir que no és pas una simulació sinó que dos muons (llegiu el missatge 2 sobre les partícules elementals! ) varen creuar el detector i els varem mesurar. Els punts representen la ionització produïda pels dos muons al creuar el volum del detector.
Exterior del volum de la TPC al CERN, una vegada que s’ha extret de dins de l’imà durant la instal·lació del prototipus al CERN ajudat per membres de la Universitat de Ginebra, amb els quals tenim una estreta col·laboració.
Interior del volum de la TPC al CERN. S’hi pot observar l’estructura interna de fils que permeten l’aplicació d’un voltatge uniforme.
Aquesta caixa està reciclada d’un experiment anterior, que a la vegada, va reciclar l’imà d’un altre experiment anterior.
Aquí el reciclatge és una tasca normal en la construcció de prototipus, Així es minimitza la feina que s’ha de duu a terme i el número d’elements nous que s’han de provar.
En aquestes imatges es mostra el funcionament d’un detector del tipus TPC. Unes partícules amb càrrega elèctrica entren per dalt del detector ionitzant el medi (ions, marcats amb color blau i electrons, marcats amb color verd). La presència d’un fort voltatge elèctric separa les càrregues negatives i positives, mentre les arrossega als extrems del detector on són mesurades.
Imatge exterior del prototipus del detector del tipus TPC que està essent dissenyat a l’IFAE i que haurà de suportar una pressió de 10 atmosferes en l’interior.
Imatge de l’interior del prototipus del detector del tipus TPC que està essent dissenyat a l’IFAE.
Aquesta imatge mostra l’estructura (que està destacada en color verd) que permet aplicar alts voltatges (uns 20.000 volts: recordeu que a casa només teniu 220 volts!) i permet que el voltatge sigui uniforme dins el detector.
Respondre