Un grup de cadre didactice și studenți de la Facultatea de Fizică a Universității din București participă la implementarea proiectului DUNE – Deep Underground Neutrino Experiment, mega experimentul internațional de vârf, dedicat studierii neutrinilor și dezintegrării protonilor, în care sunt implicați peste 1000 de cercetători din 175 de instituții aflate în 32 de țări, la care se adaugă și Centrul European de Cercetări Nucleare – CERN de la Geneva.
Prof. univ. dr. Ionel Lazanu, prof. univ. dr. Alexandru Jipa, lect. univ. dr. Marius Călin, drd. Mihaela Pârvu și drd. Ana Chiriacescu sunt implicați în activităţi de simulare a interacţiilor neutrinilor cu nucleele de argon, contribuie la clarificarea mecanismelor fizice care au loc în evoluţia supernovelor, cât şi în probleme legate de fondul radioactiv natural şi indus în sistemul de detecţie. Aceștia au participat la montarea și testarea unor componente ale părţii electrice a unui detector de neutrini și contribuie la testarea acestuia, la achiziţia și analiza de date.
Echipa Facultății de Fizică a Universității din București a început activitatea instituţionalizată de cercetare în domeniul fizicii neutrinilor în 2008, când a fost admisă în programul FP7 LAGUNA continuat în 2011 cu FP7 LAGUNA/LAGUNA-LBNO – Design of a pan-European infrastructure for Large Apparatus for Grand Unification, Neutrino Astrophysics, and Long Baseline Neutrino Oscillations. Proiectul a implicat aproximativ 40 de beneficiari, compus din instituții academice din Bulgaria, Danemarca, Finlanda, Franța, Germania, Polonia, România, Spania, Elveția, Regatul Unit, Rusia, Japonia şi CERN, precum și parteneri industriali specializați în domeniul inginerie mecanică civilă și mecanica rocilor. Cu această ocazie a fost evaluată fezabilitatea mai multor locaţii posibile pentru noua generație de experimente subterane în Europa. Datorită acestor două colaborări, Laboratorul subteran de măsurări în fond radioactiv ultrascăzut din Mina Slănic – Prahova al Institutului de Fizică şi Inginerie Nucleară – Horia Hulubei, la care Universitatea din București este partener, a fost inclus între facilităţile europene apte să găzduiască experimente subterane de astrofizică. Ulterior, Universitatea din București a fost acceptată în colaborarea WA-105 de la CERN – Elveția, actualmente devenită NP-02/ProtoDUNE-DP.
„Suntem convinşi că aceasta activitate de pionierat pe care o desfăşurăm într-un domeniu de avangardă al ştiinţei va atrage interesul unui număr cât mai mare de tineri. Primele semne există și dacă aceştia vor da dovadă de pasiune, tenacitate, perseverenţă şi muncă susținută, sunt convins ca pot avea şansa să contribuie major la descifrarea tainelor naturii”. Prof. univ. dr. Ionel Lazanu
Experimentul Deep Underground Neutrino – DUNE
Proiectul DUNE utilizează doi detectori de neutrini plasați în subteran, pe direcţia celui mai intens fascicul de neutrini din lume. Un detector va înregistra interacțiunile particulelor în apropierea sursei şi va permite caracterizarea fascicului, la Fermi National Accelerator Laboratory din Batavia, Illinois. Celălalt detector, mult mai mare, constând în patru module (14 x 14,1 x 62) m3, va fi instalat la o adâncime de aproximativ 1,5 km în subteran, la Sanford Underground Research Facility în Lead, South Dakota, o distanță de 1.300 de kilometri faţă de sursa de neutrini. Acești detectori vor permite oamenilor de știință să caute noi fenomene subatomice și să transforme potențialul nostru de înțelegere a neutrinilor și a rolului lor în Univers.
Prototipurile de detectori pentru DUNE cu dimensini de circa (6x6x6) m3 sunt în construcție la Centrul European pentru Cercetări Nucleare, CERN, de la Geneva din Elveţia. Pentru primul prototip de acest fel s-au început măsurători de test, iar cel de-al doilea, construit după o altă tehnologie, este în faza finală de execuţie.
Imagine din interiorul prototipului de detector de 6x6x6 m3 în timpul instalării şi testării unor elemente electrice. În timpul funcţionării acesta va fi umplut cu argon în stare lichidă (la o temperatură de circa -190 0C) şi va opera ca detector de tip cameră cu proiecţie temporală. În fotografie apare una dintre doctorandele Facultăţii de Fizică care a participat la aceste operaţii.
Colaborarea DUNE este coordonată de Ştefan Söldner-Rembold, profesor de fizică la Universitatea din Manchester și Edward Blucher, profesor de fizică la Universitatea din Chicago. Întreaga structură organizatorică este un consorţiu cu grupuri de lucru și comitete pentru a asigura buna desfășurare a activităților, dezvoltarea detectorilor, a prototipurilor și coordonarea eficientă a relației dintre DUNE și LBNF, pe de o parte, şi CERN, pe de altă parte.
De ce este DUNE important?
Descoperirile din ultima jumătate de secol au pus neutrinii în lumina reflectoarelor pentru a obține răspunsuri la mai multe întrebări fundamentale despre natura materiei și despre evoluția Universului: De ce Universul este format din materie şi nu şi din antimaterie dacă acestea s-au produs iniţial în cantităţi egale? Protonii sunt particule cu adevărat stabile aşa cum considerăm în prezent sau nu? Cum se produce unificarea interacţiilor? Cum se formează stelele? Dar găurile negre?
Astfel, proiectul DUNE va folosi neutrinii pentru a încerca să obţină răspunsuri la cât mai multe dintre aceste probleme deschise ale fizicii moderne, la scara proceselor fundamentale. În acest demers, sistemul de accelerare de la Fermilab, Batavia, Chicago, va asigura producerea unui fascicul intens de neutrini şi toate sistemele de control şi monitorizare a parametrilor acestuia pentru desfășurarea experimentelor.
Pe lângă studiul aprofundat legat de proprietăţile neutrinilor şi de unificarea interacţiilor, detectorul DUNE a fost proiectat să înregistreze neutrinii care se formează la explozia stelelor de tip supernove, permițându-ne să explorăm ce se întâmplă atunci când o stea moare și colapsează într-o stea neutronică, putând surprinde chiar formarea găurilor negre. Cercetătorii din întreaga lume consideră obiectivele științifice ale proiectului LBNF/DUNE (Long Baseline Neutrino Facility) printre cele mai importante eforturi de cercetare în domeniul particulelor elementare, rivalizând cu descoperirile bosonului Higgs de la Large Hadron Collider (CERN), Europa, din 2012.
În cele ce urmează puteți viziona un material video despre sistemul de accelerare de la Fermilab, producerea neutrinilor, mişcarea lor prin stratul superior al scoarţei terestre (1.300 km) până la detectorul în care se vor produce ciocnirile acestora cu nucleele de argon şi vor fi generate particule de diverse feluri, a căror analiză va permite extragerea de informaţii noi despre fizica proceselor care au avut loc.
[embedyt] https://www.youtube.com/watch?v=AYtKcZMJ_4c[/embedyt]
(@Fermilab)
Ce sunt neutrinii?
Neutrinii sunt un tip de particule elementare care există peste tot în Univers. Suntem practic scufundaţi într-o „supă” de diferite tipuri de particule de dimensiuni imposibil de observat direct, dintre care neutrinii sunt cei mai numeroși. Materia, în forma pe care o cunoaştem astăzi este alcătuită din atomi, care la rândul lor conţin electroni, protoni şi neutroni, iar pentru fiecare proton de materie există circa 700 de milioane de neutrini.
Fără neutrini, Soarele nu ar fi strălucit, iar în Univers nu am avea elemente mai grele decât hidrogenul.
În Univers, neutrinii au apărut în momentele primordiale în care acesta s-a format și sunt produşi în soare, în procese care au loc în alte stele și apar în procese de dezintegrări nucleare (dezintegrări beta minus şi beta plus). De asemenea, aceştia sunt generaţi în mod obișnuit în acceleratoarele de particule prin reacții nucleare.
Deși,existenţa lor a fost postulată acum 88 de ani şi au fost observaţi în experimente în urmă cu 72 de ani, abia acum câțiva ani fizicienii au descoperit că aceştia au masă. Masa neutrinilor este foarte mică fiind mult mai ușori decât electronii. Deşi astăzi cunoaștem, la un nivel teoretic, extrem de multe lucruri despre neutrini, o parte dintre proprietăţile lor nu sunt încă cunoscute.
Neutrinii sunt împărțiți în trei categorii – „familii”, care corespund unor sarcini specifice sau „arome” asociate cu particulele pe care le produc atunci când interacționează sau cu dezintegrările în urma cărora au fost generaţi.
În prezent, au fost identificați neutrini electronici, miuonici şi taonici, asociaţi cu existenţa particulelor electron, muon și tauon. Experimentele efectuate în ultima jumătate de secol au arătat că neutrinii își schimbă aromele, transformându-se pe măsură ce călătoresc. Aceste descoperiri au condus la acordarea de premii Nobel recunoscându-se astfel contribuţiile remarcabile în înţelegerea proceselor fundamentale ale naturii.
Cum ne influențează aceste particule?
Dintotdeauna, organismele vii sunt bombardate de radiaţiile cosmice, dar şi de radiaţiile provenite din Pământ, iar aerul, apa şi alimentele conțin elemente radioactive. Suplimentar, apar surse de radiaţii provenite din energetica nucleară, armament, aplicaţii industriale, medicale etc. Astfel, organismele vii s-au adaptat să supravieţuiască la anumite nivele naturale de radiaţii.
Având în vedere faptul că neutrinii sunt extrem de abundenţi în natură, care este efectul datorat lor? Aceste particule nu au sarcină electrică și, în majoritatea cazurilor, trec prin atomii care alcătuiesc materia, interacționând foarte rar cu aceasta. Prin urmare, numai cei care interacţionează lasă energie în mediul străbătut, restul nu produc niciun efect, trecerea lor nu lasă nicio urmă, rămân „invizibili” și, practic, sunt inofensivi pentru noi sau alte organisme vii. Astfel, fluxul de neutrini solari, pentru noi pe Pământ, reprezintă aproximativ 65 de miliarde de neutrini pe fiecare centimetru pătrat, pe secundă. Asta înseamnă că în fiecare secundă corpul nostru este traversat de circa o mie de miliarde de neutrini, dintre care doar unul sau doi se vor opri în corp de-a lungul vieții noastre ca efect al interacțiilor.
Și bananele emit neutrini! Aceștia provenind din radioactivitatea naturală a potasiului din fruct.
Mai multe despre Proiectul DUNE – Deep Underground Neutrino Experiment găsiți aici:
http://www.dunescience.org/
http://neutrinos.fnal.gov/
http://lbnf.fnal.gov/faq.html
Postări asemănătoare:
Progrese remarcabile în cadrul DUNE, experimentul internațional despre neutrini, în care este implicată și o echipă a UB
Un grup de cadre didactice și studenți de la Facultatea de Fizică a Universității din București participă la proiectul internațional DUNE
Cercetare despre factorii care contribuie la circulația globală a atmosferei, la Universitatea din București
Cadrele didactice și cercetătorii Universității din București, chemați să acceseze două noi oportunități CIVIS, lansate de Universitatea din Glasgow și Universitatea Aix-Marseille
