Este instrumento desarrollado para
DUNE puede tomar 48 temperaturas simultáneamente y con precisión experta. Cortesía de CERN
Cuando los operadores de grúa en el CERN bajaron un
termómetro personalizado de 25 pies en uno de los prototipos para el
Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos a principios de este mes,
parecía una pajita de plata que se deslizaba en un cartón de jugo gigante. Pero
diseñar e instalar este intrincado instrumento estaba lejos de ser un juego de
niños.
El termómetro fue construido por
el Instituto de Física Corpuscular en Valencia, España, y luego enviado al CERN
en tres piezas delicadas. El termómetro mide 5 pulgadas de diámetro y se bajó
en su lugar a través de un orificio que tiene menos de 1 pulgada de margen de
maniobra. Actualmente está colgando del techo de un criostato colosal, uno
de los dos prototipos de detectores de argón líquido para el experimento DUNE.
DUNE es un proyecto de mega
ciencia internacional organizado por el Fermi National Accelerator Laboratory
del Departamento de Energía de EE. UU. Estudiará partículas subatómicas
llamadas neutrinos mediante el uso de los poderosos aceleradores de partículas
de Fermilab para enviar el haz más intenso de neutrinos de alta energía del
mundo a los detectores masivos de DUNE ubicados en Sanford Lab en Lead, Dakota
del Sur.
El objetivo del termómetro es
medir la temperatura del tanque de argón líquido del detector a 48
profundidades diferentes, lo que permite a los científicos asegurarse de que el
sistema de filtración y enfriamiento del detector funcione como se espera.
"El argón se desplazará
constantemente a través de un sistema externo de filtración y enfriamiento para
mantenerlo puro y frío a aproximadamente menos 196 grados Celsius", dice
Anselmo Cervera, un científico del Instituto de Física Corpuscular que ayudó a
diseñar y construir el termómetro. "Tomará aproximadamente 5.5 días
para que todo el argón haga un pase completo a través de este sistema, por lo
que su temperatura siempre variará en función de la profundidad. Sabemos
por simulaciones cuáles deberían ser las temperaturas en cada profundidad, y si
la medición coincide con la predicción, es una clara indicación de que el
sistema de filtración y enfriamiento está funcionando correctamente ".
Según Cervera, esto es de la
mayor importancia porque las impurezas (como el oxígeno o el agua)
"comerán" los electrones emitidos como resultado de las interacciones
de los neutrinos en el argón y destruirán su señal. "Nuestro objetivo
es tener menos de 10 moléculas de agua por cada billón de átomos de
argón", dice Cervera.
El termómetro consiste en un esqueleto de fibra de
vidrio con 48 sensores de platino espaciados a lo largo de su columna
vertebral. Todo el instrumento está encerrado en una estructura metálica
conocida como jaula de Faraday para evitar descargas eléctricas entre el
termómetro y otras partes del detector.
El dispositivo puede determinar
las temperaturas relativas del argón líquido dentro del criostato a 48
profundidades con una precisión de 0.005 grados Fahrenheit, aproximadamente 100
veces más precisa que un termómetro doméstico estándar. "Después de
calibrar extensamente los sensores de platino, podemos calcular con precisión
cualquier cambio en su temperatura midiendo los cambios en su resistencia
eléctrica", dice Cervera.
El termómetro es uno de dos
dentro del criostato ProtoDUNE-SP. El segundo termómetro, que también mide
25 pies de largo y contiene 22 sensores, fue construido por la Universidad de
Hawai y Fermilab. Utiliza una técnica diferente para calibrar sus sensores
y obtener mediciones de temperatura de alta precisión a diferentes
profundidades.
"Debido a que no podremos
acceder al termómetro mientras está dentro del criostato para verificar sus
medidas, hemos desarrollado una forma de calibrar continuamente sus sensores de
temperatura moviendo el termómetro hacia arriba y hacia abajo en 1,5 metros
[aproximadamente 5 pies] dentro del argón líquido ", dice Jelena Maricic,
profesora de la Universidad de Hawai que ayudó a diseñar y construir este
termómetro. "Entonces podemos hacer una referencia cruzada de las
mediciones de los sensores a diferentes alturas y verificar si los sensores
están calibrados correctamente".
Probar estos dos dispositivos
dentro del detector protoDUNE-SP es un paso importante en el perfeccionamiento
de la tecnología para DUNE, que constará de cuatro detectores, cada uno de los
cuales será 20 veces más grande que los prototipos. En julio de 2017 se
llevó a cabo una primera etapa para las cavernas que albergarán los detectores
DUNE a una milla de distancia.
Fuente de la compilación: Symmetry - Sarah Charley - 11.septiembre.2018
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