Una parte fondamentale di uno dei più grandi esperimenti recenti di fisica delle particelle è stata sviluppata in Brasile. L'Arapuca è un rivelatore di luce da installare nel Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), un progetto che cerca di scoprire nuove proprietà dei neutrini, particelle fondamentali con massa molto piccola che viaggiano a velocità prossime alla luce.

L'X-Arapuca è una versione potenziata del rivelatore di luce sviluppato dai professori Ettore Segreto del Gleb Wataghin Physics Institute dell'Università di Campinas (UNICAMP), e Ana Amélia Bergamini Machado, ricercatore collaboratore della stessa istituzione. Il dispositivo è stato oggetto della sessione tenuta il primo giorno della FAPESP Week London, un evento che si terrà dall'11 al 12 febbraio, 2019.

Il rilevatore sarà installato nel DUNE, che dovrebbe iniziare la costruzione negli Stati Uniti nel 2021. DUNE sarà dotato di due enormi rilevatori. Il primo sarà vicino alla sorgente presso il Laboratorio Nazionale Fermi (Fermilab) a Batavia, Illinois. L'acceleratore di particelle del laboratorio produrrà un potente fascio di neutrini. Quel raggio viaggerà al secondo, rivelatore molto più grande, 1, a 300 km di distanza, presso la struttura di ricerca sotterranea di Sanford in South Dakota, tenendo 70, 000 tonnellate di argon liquido e si trova a 1,5 km sotto terra. Il sito conterrà anche 60, 000 rivelatori X-Arapuca che saranno responsabili della rilevazione della luce emessa dal raggio. Ogni X-Arapuca misurerà 10 per otto centimetri.

L'intero sistema è in fase di test su scala ridotta, il ProtoDUNE, in funzione da settembre 2018 presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) al confine tra Francia e Svizzera.

"Questo è lo sviluppo più recente dell'Arapuca. Fornisce un'efficienza ancora maggiore basata sullo stesso principio, pur introducendo piccole modifiche. Stiamo eseguendo i test presso UNICAMP e il rilevatore sembra essere molto buono. In aggiunta a ciò, la costruzione è più semplice, " disse Segreto.

Una delle modifiche è stata l'inclusione di una luce guida, un dispositivo realizzato con un materiale che intrappola in modo più efficiente i fotoni all'interno del rivelatore. È più facile misurare le proprietà della luce catturandone di più. "L'idea di questi rivelatori più grandi è di dirigere ancora più fotoni verso i rivelatori attivi, sensori al silicio che sono molto più piccoli, " disse Segreto.

Questi piccoli sensori dovrebbero essere le uniche parti dell'X-Arapuca che non saranno prodotte in Brasile. "L'idea è che tutti gli altri componenti saranno realizzati nel paese così come l'assemblaggio del dispositivo, "ha detto il ricercatore, che guiderà l'intera porzione di rilevamento della luce dell'esperimento.

La luce sarà prodotta quando il fascio di neutrini raggiunge il liquido di argon nel rivelatore principale di DUNE e produce scintillazione. Tra i fattori che hanno influenzato la scelta dell'argon liquido c'è la sua capacità di scintillazione, che è molto più grande dell'acqua utilizzata in altri esperimenti come il Super-Kamiokande giapponese. L'argon sarà distribuito in quattro moduli, ogni argon di contenimento mantenuto allo stato liquido mediante refrigerazione a -184° C. L'argon liquido consentirà inoltre di ottenere immagini 3D delle interazioni con una quantità di dettaglio e precisione senza precedenti.

L'esperimento dovrebbe fornire risposte su come si è formato l'universo, indagando su misteri come la "violazione della simmetria di parità di carica dei leptoni, " quale, subito dopo il Big Bang, avrebbe prodotto una piccola eccedenza di materia rispetto all'antimateria. Questo surplus costituisce l'universo che conosciamo.

Stefan Söldner-Rembold, un professore dell'Università di Manchester e uno dei relatori dell'evento, ha elogiato la partecipazione del Brasile all'esperimento. Il ricercatore ha parlato a nome della partecipazione del Regno Unito al consorzio. "Una delle sfide che abbiamo con questo tipo di accordo è come le diverse agenzie di finanziamento di altri paesi contribuiscono con le risorse. Chi mette i soldi vuole che vengano spesi, e le competenze sviluppate, localmente. L'idea è che il Brasile non stia solo contribuendo con fondi, ma che i rilevatori vengono costruiti nel paese e installati nel DUNE attraverso l'uso del know-how brasiliano. Di solito è difficile da fare, ma ce la faremo in questo caso, " ha detto il ricercatore.