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Oct 03, 2023

A prática leva à perfeição (detectores de partículas)

Quando concluído, o Deep Underground Neutrino Experiment, ou DUNE, será o

Quando concluído, o Deep Underground Neutrino Experiment, ou DUNE, será o experimento de neutrinos mais abrangente do mundo - e instalar o detector distante gigante para DUNE em uma caverna a um quilômetro e meio de profundidade será como o maior jogo de Operação do mundo.

O DUNE consistirá em dois detectores: um detector próximo menor, localizado no Fermi National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos Estados Unidos em Illinois; e um detector distante maior, a ser localizado em Sanford Underground Research Facility, ou SURF, em Dakota do Sul.

O detector distante foi projetado para ser composto de quatro módulos - dois dos quais estão em construção e dois ainda estão sendo planejados - cada um com as dimensões de um prédio de quase seis andares e do tamanho de um campo de futebol. Um módulo será composto por 25 fileiras de detectores de neutrinos menores, chamados de conjuntos de planos anódicos – APAs – alguns dos componentes mais frágeis do experimento.

Com o detector distante DUNE no SURF sendo montado em uma caverna subterrânea, não há muito espaço de manobra para trabalhar. Os técnicos que instalarem a última fileira de APAs ficarão contra uma parede e terão apenas alguns metros para operar com segurança; assim que eles trouxerem o elevador de tesoura, haverá espaço suficiente para um humano caminhar entre ele e os APAs. Depois de terminarem, eles terão que se espremer de volta, trazendo consigo todas as ferramentas e instrumentos que trouxeram.

Para finalizar o detector, "estamos trabalhando com centímetros de sobra", diz Tom Wieber, gerente de outro laboratório subterrâneo, o NOvA Far Detector Facility em Ash River, Minnesota.

Wieber conhece bem as restrições, pois está desempenhando um papel essencial na preparação para a instalação final.

O NOvA também é um experimento de neutrinos de longa distância. Consiste em um detector distante em Ash River e um detector próximo no Fermilab. Um feixe de neutrinos originário do Fermilab é enviado através de ambos os detectores.

Depois que o NOvA foi montado, as instalações de Ash River tinham espaço suficiente para criar uma área de montagem experimental para o DUNE; é o único local com dois protótipos de APAs com os quais os técnicos podem praticar o trabalho.

A prototipagem é uma etapa indispensável no desenvolvimento de grandes experimentos de física de partículas. Desde testar os componentes para confirmar que funcionarão em condições experimentais até ensaiar o transporte e a montagem das peças, as colaborações de física de partículas fazem grandes esforços para garantir que o experimento funcione conforme o esperado.

Muitos componentes do DUNE usam ferramentas especialmente desenvolvidas que Wieber e sua equipe fabricam internamente, com base em desenhos de projeto e listas de materiais. Eles então testam as ferramentas em seu protótipo DUNE.

"Temos grandes engenheiros atrás de nós que projetam as ferramentas e acessórios de tal forma que só precisamos descobrir como usá-los com segurança", diz Wieber. "Tipo, eles são muito pesados? Precisamos de outra ferramenta auxiliar para facilitar a instalação ou remoção? Que tipo de coisas precisam ser colocadas nos talabartes para que não caiam? A qualquer momento quando você estiver usando isso, impossível usar sem três mãos?"

Quando eles se deparam com um problema, a equipe de Wieber informa os engenheiros sobre o problema e propõe possíveis correções. Em seguida, o projeto é revisado e o processo começa novamente.

"Provavelmente posso contar nos dedos quantos widgets, ferramentas e acessórios da versão um não tiveram algum tipo de modificação após serem testados - alguns deles simples, alguns totalmente retrabalhados", diz Wieber.

"Todas as lições aprendidas são valiosas", diz ele. "Qualquer coisa difícil, demorada, seja o que for - precisa ser registrada. Porque estamos construindo um protótipo e, se houver um problema... ele precisa ser documentado para que, quando escalarmos isso para quilotons, [ o problema] não é agravado."

A configuração de Ash River é versátil o suficiente para que Wieber e sua equipe possam testar muitas coisas ao mesmo tempo. Por exemplo, eles estão instalando seus dois APAs em orientações diferentes para testar o comprimento do cabo. Simultaneamente, eles estão testando a "flexibilidade" de um plano catódico - para ver se ele se endireitará depois de ser mantido em forma de lua crescente.