Desenvolvimento, otimização, testes, comissionamento de sistemas de detecção de luz em experimentos de física de neutrinos.
Atualmente faço parte de dois experimentos dedicados a física de oscilação de neutrinos
DUNE https://www.dunescience.org/
https://www.youtube.com/watch?v=AYtKcZMJ_4c
SBND https://sbn-nd.fnal.gov/
https://agencia.fapesp.br/programa-internacional-de-deteccao-de-neutrinos-tera-inicio-em-fevereiro/50721
O sistema de fotodetecção de ambos experimentos é feito de ARAPUCAs .
O dispositivo ARAPUCA foi desenvolvido em 2014 com o objetivo de aprisionar e detectar fótons de cintilação gerados pela interação de neutrinos com átomos de argônio. Esses fótons são emitidos na faixa do ultravioleta profundo (VUV) do espectro eletromagnético, com comprimento de onda de 127 nm.
Naquela época, o sistema de detecção de fótons do experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), dedicado à física de neutrinos, era baseado em barras cintiladoras. Esse sistema foi projetado considerando a interação de neutrinos de alta energia gerados no Fermilab. O DUNE, além de medir com precisão os parâmetros de oscilação de neutrinos a uma distância de aproximadamente 1300 km, também tinha como objetivo detectar neutrinos de baixa energia, como os provenientes de supernovas, do Sol, geo-neutrinos, e eventos de baixa energia, como o decaimento do próton. Para esses casos, o sistema baseado em barras cintiladoras não apresentava a sensibilidade necessária.
A primeira versão do ARAPUCA alcançou uma eficiência de coleta de fótons uma ordem de grandeza superior ao sistema original. Após testes de validação realizados no protótipo do DUNE, o protoDUNE, desenvolvido no CERN, o ARAPUCA foi adotado como o novo sistema de detecção de fótons do DUNE.
O Fermilab também conduz um programa de estudos sobre oscilação de neutrinos a curta distância, envolvendo três experimentos que utilizam a mesma tecnologia de detecção do DUNE. Todos esses experimentos usam detectores do tipo TPC (Time Projection Chamber) em argônio líquido.
O SBND (Short Baseline Near Detector), o experimento mais próximo do feixe de neutrinos, também incorporou o ARAPUCA como parte de seu sistema de detecção de fótons.
Diversos aprimoramentos foram realizados para aumentar a eficiência de coleta de fótons do ARAPUCA, resultando na criação de uma versão mais avançada chamada X-ARAPUCA. Essa nova versão foi instalada no SBND e no protoDUNE (protótipo de DUNE construído no CERN).
Além de sua aplicação em detectores de argônio líquido, o X-ARAPUCA também pode ser utilizado em experimentos que empregam a técnica de detecção de fótons gerados pela interação de Cerenkov em água. Essa versão adaptada foi batizada de Cerenkov-ARAPUCA (C-ARAPUCA). Atualmente existem dois experimentos interessados no utilizo do C-ARAPUCA.
Os trabalhos desenvolvidos atualmente são:
- Medida da eficiência do ARAPUCA em temperatura ambiente e em nitrogênio liquido
- Caracterização dos filtros dicroicos
- Desenho da eletrônica de leitura (APSAIA e ARARA)
- Estudos de aderência do composto usado como deslocador de comprimento de onda (WS)
- Caracterização do processo de evaporação dos WS
- Construção de setup de testes para a proposta de um novo sistema de foton-detecção para o modulo 3 de DUNE chamado POWER
- Desenvolvimento de simulação de Monte Carlo usando Geant4
- Purificação do argônio liquido
Além de detetores destinados a física de neutrinos existe o interesse em estudos na detecção de Dark Matter