Experimento DUNE

La próxima generación de experimentos de neutrinos de línea de base larga tiene como objetivos de física principales la medida precisa de los parámetros oscilación de neutrinos y antineutrinos. La demostración de la violación de CP (carga y paridad) en el sector leptónico será un paso importante hacia el mecanismo de leptogénesis como explicación de la asimetría bariónica observada en el Universo. Si bien la generación actual de experimentos con neutrinos, como T2K y NOvA, puede proporcionar los primeros indicios de la existencia de una violación de CP y cierta sensibilidad al orden de masas, no podrán proporcionar una medida lo suficientemente significativa.

El experimento neutrinos “Deep Underground Neutrino Experiment” (DUNE) de base larga es un experimento planeado en dos sitios. Este experimento estudiará los neutrinos de alta energía de un nuevo haz de neutrinos de banda ancha y alta intensidad (LBNF) generado por un acelerador de protones en Fermilab, después de viajar una distancia de 1300 km hasta un detector lejano ubicado a gran profundidad bajo tierra en el "Sanfor Underground Research Facility" (SURF) en Lead, Dakota del Sur. El requisito de reconstruir limpiamente las interacciones de neutrinos multi-GeV dicta la elección de la tecnología de cámara de proyección temporal de argón líquido (LArTPC) como la óptima para DUNE. El detector lejano estará compuesto por cuatro grandes detectores LArTPC de 17 kt cada uno. DUNE considera diferentes tecnologías LArTPC para los detectores lejanos. El proyecto se completa con un detector cercano de alta capacidad colocado muy cerca del haz.

La combinación de un detector masivo de de alta granularidad y la colocación de un detector subterráneo también permite que DUNE tenga un amplio potencial de descubrimiento más allá del programa acelerador de neutrinos. DUNE realizará búsquedas más allá del modelo estándar, por ejemplo, la observación de la desintegración de nucleones sería un hito para la comprensión de la física de altas energías. Los neutrinos de las supernovas proporcionarían información clave sobre la física del colapso y también podrían revelar propiedades fundamentales del neutrino.

CIEMAT (I. Gil) es Coordinadora de Física de DUNE y (C. Cuesta) co-coordinadora del Grupo de Trabajo de Física de Neutrinos de Baja Energía. El CIEMAT ha desarrollado simulaciones para estudiar la eficiencia de detección del estallido de la supernova DUNE que muestran que es posible alcanzar una eficiencia cercana al 100% hacia el borde de la galaxia, y una eficiencia del 70 % para un estallido en la Gran Nube de Magallanes [EPJC 81 (2021) 423, Tesis doctoral A .Gallego].

Los módulos FD se construirán a 1,5 km bajo tierra en las instalaciones de SURF para que las mediciones se vean menos afectadas por la radiación cósmica. Según está planeado, el primer módulo FD empleará la tecnología Horizontal Drift (HD) y el segundo Vertical Drift (VD). La tecnología del tercer y cuartó módulo FD todavía no está decidida. Estamos trabajando en el CIEMAT en la optimización del diseño y capacidad de detección del Sistema de Detección de Fotones para el FD.