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\n <\/picture>El primero, m\u00e1s peque\u00f1o, funcionar\u00e1 al lado, cerca de la fuente de neutrinos del Fermilab, en una cueva poco profunda situada a 60 metros bajo tierra. El segundo, mucho mayor, estar\u00e1 ubicado a 1.300 kil\u00f3metros en el interior de una antigua mina abandonada en Lead, un municipio en el estado de Dakota del Sur. En esta localidad funciona actualmente la Sanford Underground Research Facility (Surf), una instalaci\u00f3n que albergar\u00e1 el detector en una cueva que se est\u00e1 excavando, a 1.500 metros de profundidad y que ha sido dise\u00f1ada para evitar que la detecci\u00f3n del haz de neutrinos en Dakota del Sur se vea interferida por rayos c\u00f3smicos y neutrinos procedentes del espacio, como as\u00ed tambi\u00e9n por perturbaciones en la superficie terrestre.<\/p>\n
Con el apoyo de la FAPESP, los cient\u00edficos brasile\u00f1os empezaron a desarrollar en 2020 una forma eficiente de purificar el arg\u00f3n empleando un tamiz molecular poroso conocido como zeolita, a base de aluminosilicato (un compuesto mineral de aluminio, silicio y ox\u00edgeno). La investigaci\u00f3n b\u00e1sica que dio origen a la tecnolog\u00eda fue un estudio del equipo de Pagliuso en la Unicamp sobre las diferencias entre las mol\u00e9culas de nitr\u00f3geno (N2) y arg\u00f3n (Ar) y su respuesta a la aplicaci\u00f3n de un campo el\u00e9ctrico.<\/p>\n
El objetivo pr\u00e1ctico del estudio consist\u00eda en encontrar una zeolita que pudiese adsorber (atraer y fijar) solamente las mol\u00e9culas de nitr\u00f3geno, dej\u00e1ndolas libres de arg\u00f3n. En esta b\u00fasqueda fueron fundamentales los conocimientos del qu\u00edmico Dilson Cardoso, de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos (UFSCar), experto en zeolitas. Se realizaron simulaciones por computadora con materiales que podr\u00edan funcionar como filtro para separar el nitr\u00f3geno del arg\u00f3n. \u201cEl modelado computacional nos permiti\u00f3 determinar el comportamiento de los sistemas de circulaci\u00f3n y purificaci\u00f3n del arg\u00f3n, aportando datos para el dise\u00f1o de diversas piezas del sistema\u201d, explica el ingeniero qu\u00edmico Dirceu Noriler, de la Unicamp. \u201cObtuvimos informaci\u00f3n sobre el tiempo de saturaci\u00f3n de los filtros, la cantidad de purificadores necesarios y los ciclos para obtener la pureza deseada\u201d.<\/p>\n
A continuaci\u00f3n, se pusieron en\u00a0marcha\u00a0pruebas a escala reducida en un ambiente superfr\u00edo controlado con los materiales m\u00e1s prometedores. Para ello, la Unicamp instal\u00f3 el Criostato de Ensayos de Purificaci\u00f3n de Arg\u00f3n L\u00edquido (PuLArC). Este dispositivo, fabricado en acero inoxidable, con capacidad para albergar 90 litros de un fluido por purificarse, fue construido por las empresas Equatorial Sistemas y Akaer. Para el dise\u00f1o de la parte de refrigeraci\u00f3n, el equipo cont\u00f3 con la experiencia del Laboratorio de Criogenia del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), de R\u00edo de Janeiro. El criostato se asemeja a un termo de doble pared con vac\u00edo intermedio e impide que la temperatura del ambiente se transmita al interior del recipiente.<\/p>\n
Seg\u00fan el ingeniero de materiales Fernando Ferraz, vicepresidente de Operaciones de Akaer, el experimento hizo posible la generaci\u00f3n de modelos 3D de toda la planta de purificaci\u00f3n. \u201cRealizamos simulaciones completas del proceso de transporte, montaje e instalaci\u00f3n de todos los equipos necesarios para uno de los laboratorios del Dune\u201d, comenta Ferraz. \u201cEl proceso de control de pureza del arg\u00f3n requiere ciclos de filtrado en estado l\u00edquido y gaseoso, regeneraci\u00f3n y condensaci\u00f3n\u201d.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2025\/06\/RPF-dune-caverna-2024-10-1140-1.jpg\")
Ryan Postel\u2009\/\u2009Fermilab\u2002<\/span>Cueva que alberga el experimento Dune en una antigua mina de Dakota del Sur, donde se instalar\u00e1 uno de los detectores de neutrinosRyan Postel\u2009\/\u2009Fermilab\u2002<\/span><\/p><\/div>\n Los resultados de las pruebas realizadas en el PuLArC se publicaron en agosto de 2024 en la revista\u00a0Journal of Instrumentation<\/em>. Seg\u00fan dicho trabajo, un filtro fabricado con el material conocido como Li-FAU, que adem\u00e1s de aluminosilicato contiene litio, fue m\u00e1s eficiente a la hora de capturar las mol\u00e9culas de nitr\u00f3geno presentes en el arg\u00f3n l\u00edquido. A partir de su empleo, la contaminaci\u00f3n en 100 litros de arg\u00f3n, que inicialmente fluctuaba entre 20 y 50 ppm, pudo reducirse a un rango de 0,1 a 1 ppm en menos de dos horas. El filtro tambi\u00e9n fue probado por el equipo del Dune en un recipiente m\u00e1s grande, con una capacidad de 3.000 litros, y los resultados fueron igualmente satisfactorios.<\/p>\n Ahora el m\u00e9todo a base de Li-FAU se encuentra en su fase final de pruebas en el ProtoDune, el prototipo del Dune que funciona en la Organizaci\u00f3n Europea para la Investigaci\u00f3n Nuclear (Cern), en la frontera franco-suiza. All\u00ed, el volumen de arg\u00f3n l\u00edquido a purificar es de varias toneladas. El nuevo m\u00e9todo ha sido patentado y, en el futuro, podr\u00eda utilizarse con otros fines. Parece ser vers\u00e1til y acaso podr\u00eda emplearse para purificar otros gases como el di\u00f3xido de carbono y otros l\u00edquidos a escala industrial.<\/p>\n El filtro para extraer contaminantes del arg\u00f3n l\u00edquido es la segunda contribuci\u00f3n relevante de la participaci\u00f3n brasile\u00f1a en el Dune, que re\u00fane a 1.400 cient\u00edficos e ingenieros de 200 instituciones y 35 pa\u00edses. La primera fue el desarrollo de una trampa de fotones, que captura los destellos de luz producidos por la interacci\u00f3n de los neutrinos con los \u00e1tomos de arg\u00f3n. Invisible al ojo humano, esta luz tiene una longitud de onda de 127 nan\u00f3metros. Al almacenar este tipo de registros, la trampa permite estudiar las propiedades de los neutrinos y reconstruir su trayectoria en tres dimensiones. El dispositivo, bautizado X-Arapuca [arapuca<\/em>\u00a0es un vocablo de origen tup\u00ed que en el portugu\u00e9s brasile\u00f1o se emplea tambi\u00e9n para decir trampa], fue creado a mediados de la d\u00e9cada pasada por los f\u00edsicos Ettore Segreto y Ana Am\u00e9lia Machado, de la Unicamp. Su \u00faltima versi\u00f3n, la 2.0, ya se est\u00e1 utilizando en Estados Unidos.<\/p>\n Los neutrinos disparados en el Fermilab viajar\u00e1n a trav\u00e9s de la corteza terrestre y llegar\u00e1n a los tanques que contienen arg\u00f3n l\u00edquido. La interacci\u00f3n con el arg\u00f3n libera electrones y produce centelleos de luz. Un campo el\u00e9ctrico uniforme dirige los primeros hacia los detectores de electrones. Los fotones generados por los centelleos son capturados por las trampas X-Arapuca. \u201cA partir de los fotones producidos en los destellos puede calcularse en qu\u00e9 momento llegaron los neutrinos, la direcci\u00f3n de procedencia y c\u00f3mo interactuaron con el arg\u00f3n\u201d, explica Machado. Hasta ahora se desconoce la masa de cada uno de los tres tipos de neutrinos conocidos \u2013mu\u00f3nico, tau\u00f3nico y electr\u00f3nico\u2013 ni por qu\u00e9 oscilan entre s\u00ed al desplazarse.<\/p>\n En el centro de investigaciones Sanford, donde estar\u00e1 ubicado el mayor detector del Dune, al menos dos de los cuatro m\u00f3dulos del experimento contar\u00e1n con trampas X-Arapuca, conformando un sistema de fotodetecci\u00f3n alrededor de las piscinas de arg\u00f3n l\u00edquido. Con fondos aportados por la FAPESP, Brasil se har\u00e1 cargo de la construcci\u00f3n de parte de los componentes y del montaje e instalaci\u00f3n de 6.000 trampas X-Arapouca en uno de los m\u00f3dulos del Dune hasta el inicio de la captaci\u00f3n de datos, previsto para 2029. \u201cEl mayor reto consistir\u00e1 en coordinar el proceso de construcci\u00f3n de las trampas en el pa\u00eds y la recepci\u00f3n de los componentes restantes del exterior sin comprometer el cronograma del experimento\u201d, analiza Segreto. \u201cEn Brasil fabricaremos las piezas mec\u00e1nicas y los filtros \u00f3pticos, que son los elementos m\u00e1s importantes para el funcionamiento del dispositivo\u201d.<\/p>\n Para el f\u00edsico Sylvio Canuto, de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), la inversi\u00f3n en el Dune reviste una gran importancia, ya que revelar\u00e1 detalles sobre los neutrinos y, en consecuencia, sobre la formaci\u00f3n del universo. Una de las cuestiones m\u00e1s intrigantes reside en tratar de entender por qu\u00e9 en el cosmos hay m\u00e1s part\u00edculas que antipart\u00edculas. \u201cTe\u00f3ricamente, era de esperarse que las part\u00edculas y las antipart\u00edculas hubieran surgido en proporciones similares al principio de todo. Pero actualmente vemos que el universo est\u00e1 formado mayormente por part\u00edculas. El origen de este misterio se atribuye al papel que desempe\u00f1an los neutrinos y ahora estamos m\u00e1s cerca de dilucidarlo\u201d, dice Canuto, quien acompa\u00f1a la participaci\u00f3n brasile\u00f1a en el Dune desde el inicio del proyecto y es asesor de la Direcci\u00f3n Cient\u00edfica de la FAPESP. El pr\u00f3ximo paso, seg\u00fan el f\u00edsico de la USP, consiste en asegurar la participaci\u00f3n brasile\u00f1a en la tarea de analizar los datos producidos en el Dune, erigi\u00e9ndose as\u00ed en un\u00a0hub<\/em>\u00a0de referencia en el pa\u00eds para toda Latinoam\u00e9rica.<\/p>\n Proyectos
\n<\/strong>1<\/strong>. Instrumentaci\u00f3n avanzada para grandes colaboraciones en f\u00edsica de altas energ\u00edas. Purificaci\u00f3n del aire y fotodetecci\u00f3n para el LBNF-Dune (n\u00ba 24\/07128-7<\/a>); Modalidad <\/strong>Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2012 Proyectos Especiales; Investigador responsable <\/strong>Jos\u00e9 Pagliuso (Unicamp); Inversi\u00f3n <\/strong>R$ 84.484.851,05.
\n2<\/strong>. Sistema de detecci\u00f3n de luz del Deep Underground Neutrino Experiment (n\u00ba 21\/13757-9<\/a>); Modalidad <\/strong>Proyecto Tem\u00e1tico; Investigador responsable <\/strong>Ettore Segreto\u00a0(Unicamp); Inversi\u00f3n <\/strong>R$ 17.916.736,09..
\n3<\/strong>. Sistema de detecci\u00f3n de luz para el experimento Dune-X-Arapuca (n\u00ba 19\/11557-2<\/a>); Modalidad <\/strong>Joven Investigador; Investigadora responsable <\/strong>Ana Am\u00e9lia Bergamini Machado (Unicamp); Inversi\u00f3n <\/strong>R$ 2.992.720,82.<\/p>\n