INSTRUMENTAÇÃO
DO SISTEMA DE
FOTO-DETECÇÃO
CRÉDITOS: LAB. LEPTONS
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ARAPUCA: uma ideia desenvolvida no Brasil para capturar fótons mundo afora
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 Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Este sistema, conhecido como Arapuca photon detector, consiste em um dispositivo que “prende” os fótons em uma caixa da qual não conseguem escapar, sendo posteriormente coletados — daí o nome Arapuca, em referência a uma armadilha.
Esse dispositivo apresenta, em comparação com outras tecnologias de detecção de fótons, um aumento significativo na eficiência de coleta de luz, sendo, portanto, de grande importância para o sistema de fotodetecção do DUNE. Trata-se de uma contribuição tecnológica e de inovação relevante, desenvolvida pelos pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (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 Universidade de Napoli Federico II, Milano Bicocca ( Università degli Studi di Milano-Bicocca ) e o Ciemat (https://www.ciemat.es/).
Laboratório de Leptons na Universidade Estadual de Campinas
Funcionamento do dispositivo
A versão do dispositivo desenvolvida para o experimento Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) é chamada de X-ARAPUCA photon detector e consiste em uma janela com filtros dicróicos, que permitem a passagem da luz emitida pelo argônio líquido — cujo pico de emissão ocorre em comprimentos de onda entre 127 e 128 nm.
Uma vez no interior da X-ARAPUCA, os fótons são absorvidos e reemitidos por uma placa conversora de comprimento de onda, que os reemite em comprimentos de onda maiores. Nessa nova faixa espectral, a luz não consegue mais atravessar os filtros dicróicos, permanecendo confinada no interior do dispositivo. Dessa forma, os fótons ficam aprisionados e se refletem internamente até atingirem um dos detectores internos da ARAPUCA, constituídos por Silicon Photomultipliers (SiPMs).
Princípio de funcionamento da X-ARAPUCA.
No primeiro caso a luz pode ser guiada pela barra ate o sensor de luz e no segundo caso através de reflexões internas tambem sera detectada pelo sensor de luz. Em ambos os casos o foton não escapa da ARAPUCA.
Simulações e outros grupos envolvidos no Brasil
Para a construção de um dispositivo que funcione de forma eficiente, é necessário um extenso trabalho de simulação, que permita determinar escolhas ótimas para muitos dos parâmetros envolvidos no dispositivo. Esse trabalho vem sendo desenvolvido ao longo dos anos por diferentes grupos de pesquisa, envolvendo principalmente pesquisadores do Instituto Tecnológico de Aeronautica (ITA), Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), e da Universidade Federal de Alfenas (UNIFAL-MG) .
Construção na prática
O Brasil também é responsável pela evaporação do shifter nos filtros dicróicos e pela construção das X-ARAPUCA photon detector, atividades realizadas na DUNE Factory, localizada no Laboratório de Leptons.
Testando os dispositivos
Os dispositivos foram testados com sucesso no experimento ProtoDUNE, realizado no CERN, resultado do esforço conjunto das equipes nacionais e internacionais.
Imagens de X-ARAPUCAS instaladas no protoDUNE, experimento localizado no CERN em Genebra na Suiça.
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