ARAPUCA: uma ideia desenvolvida no Brasil para capturar fótons mundo afora
Um sistema inovador para detecção de fótons foi integralmente desenvolvido no Brasil e está sendo implementado no experimento. Este sistema, conhecido como Arapuca, consiste em um dispositivos que “prende” os fótons em uma caixa de onde não conseguem escapar e são, eventualmente, coletados (daí o nome Arapuca por tratar-se de uma armadilha para pegar fótons). Este dispositivo apresenta, em comparação com outros dispositivos de detecção de fótons, significativo aumento na eficiência de coleção de fótons e são, portanto, de grande importância para o sistema de fotodetecção do DUNE. O dispositivo é importante e significativa contribuição tecnológica e de inovação, que foi criada pelos pesquisadores da Unicamp Ettore Segreto e Ana Amélia Bergamini Machado.
A figura ao lado mostra uma parte de uma Arapuca sob luz de baixa frequência (luz amarelada) para não "queimar" os filtros dicróicos do dispositivo.
O desenvolvimento da ARAPUCA e sua otimização para o experimento só foi possível com o apoio da Fapesp, que, entre outras coisas financiou o Laboratório de Léptons, situado na Unicamp, e forte colaboração com grupos nacionais e internacionais como Milano Bicocca ( Università degli Studi di Milano-Bicocca ) e o Ciemat (https://www.ciemat.es/).
Laboratório de Léptons na Universidade Estadual de Campinas
Funcionamento do dispositivo
A versão do dispositivo desenvolvida para o experimento é chamada de X-ARAPUCA e consiste "janela" com filtros dicróicos, que deixam a luz emitida pelo argônio líquido (pico de emissão com comprimento de onda de 127 - 128 nm) passar e, uma vez dentro da X-ARAPUCA, os fótons são absorvidos e reemitidos em uma placa que absorve os fótons e os reemite em comprimentos de onda maiores, que não permitem que eles deixem o dispositivo. Ficando presos no dispositivo, na expectativa que rebatam até tingir um dos detectores internos da ARAPUCA (SiPMs).
Princípio de funcionamento da X-ARAPUCA.
Simulações e outros grupos envolvidos no Brasil
Para construir um dispositivo que funcione de fato, é necessário muito trabalho de simulação, que permitam determinar escolhas ótimas para muitos dos parâmetros envolvidos no dispositivo. Esse trabalho foi desenvolvido, ao longo dos anos, por diferentes grupos, envolvendo principalmente pesquisadores da UFABC, UFSCAR, UNIFAL e UTFPR.
Construção na prática
O Brasil também é um dos responsáveis pela evaporação do shifter nos filtros dicróicos e construção das X-ARAPUCAS, o que é feito na DUNE Factory, dentro do Laboratório de Léptons, utilizando partes mecânicas fornecidas pela Equatorial de São José dos Campos e filtros dicróicos produzidos pela Opto eletrônica de São Carlos. A limpeza dos filtros dicróicos é realizada no CTI Renato Archer de Campinas.
Testando os dispositivos
Os dispositivos foram testados no experimento protoDUNE no CERN, obtendo sucesso em seus objetivos, graças ao esforço das equipes nacionais e internacionais.
Imagens de X-ARAPUCAS instaladas no protoDUNE, experimento localizado no CERN em Genebra na Suiça.