Une partie essentielle de l'une des plus grandes expériences récentes de physique des particules a été réalisée au Brésil. L'Arapuca est un détecteur de lumière à installer dans l'expérience Deep Underground Neutrino (DUNE), un projet visant à découvrir de nouvelles propriétés des neutrinos, particules fondamentales de très faible masse qui se déplacent à une vitesse proche de la lumière.

Le X-Arapuca est une version améliorée du détecteur de lumière développé par les professeurs Ettore Segreto du Gleb Wataghin Physics Institute de l'Université de Campinas (UNICAMP), et Ana Amélia Bergamini Machado, chercheur collaborateur de la même institution. Le dispositif a fait l'objet de la session donnée le premier jour de la FAPESP Week Londres, un événement qui aura lieu les 11 et 12 février, 2019.

Le détecteur sera installé dans la DUNE, dont la construction devrait commencer aux États-Unis en 2021. DUNE sera équipé de deux énormes détecteurs. Le premier sera proche de la source au Laboratoire National Fermi (Fermilab) à Batavia, Illinois. L'accélérateur de particules du laboratoire produira un puissant faisceau de neutrinos. Ce faisceau se rendra à la seconde, détecteur beaucoup plus grand, 1, à 300 km, à l'installation de recherche souterraine de Sanford dans le Dakota du Sud, tenant 70, 000 tonnes d'argon liquide et situé à 1,5 km sous terre. Le site en accueillera également 60, 000 détecteurs X-Arapuca qui se chargeront de détecter la lumière émise par le faisceau. Chaque X-Arapuca mesurera 10 sur huit centimètres.

L'ensemble du système est testé à plus petite échelle, le ProtoDUNE, en service depuis septembre 2018 à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) à la frontière entre la France et la Suisse.

"C'est le développement le plus récent de l'Arapuca. Il offre une efficacité encore plus grande basée sur le même principe, tout en introduisant des modifications mineures. Nous effectuons les tests à UNICAMP et le détecteur semble être très bon. En plus de ça, la construction est plus simple, " a déclaré Segreto.

L'une des modifications a été l'inclusion d'une lumière de guidage, un dispositif fabriqué à partir d'un matériau qui piège plus efficacement les photons à l'intérieur du détecteur. Il est plus facile de mesurer les propriétés de la lumière en en capturant davantage. "L'idée de ces détecteurs plus grands est de diriger encore plus de photons vers les détecteurs actifs, des capteurs au silicium beaucoup plus petits, " a déclaré Segreto.

Ces petits capteurs devraient être les seules pièces du X-Arapuca qui ne seront pas fabriquées au Brésil. "L'idée est que tous les autres composants seront fabriqués dans le pays ainsi que l'assemblage de l'appareil, " a déclaré le chercheur, qui dirigera toute la partie détection de la lumière de l'expérience.

La lumière sera produite lorsque le faisceau de neutrinos atteindra l'argon liquide dans le détecteur principal du DUNE et produira une scintillation. Parmi les facteurs qui ont influencé le choix de l'argon liquide figure sa capacité de scintillation, ce qui est beaucoup plus gros que l'eau utilisée dans d'autres expériences comme le Super-Kamiokande du Japon. L'argon sera distribué en quatre modules, chaque contenant d'argon maintenu à l'état liquide par réfrigération à -184°C. L'argon liquide permettra également d'obtenir des images 3D des interactions avec un niveau de détail et de précision sans précédent.

L'expérience devrait fournir des réponses sur la façon dont l'univers s'est formé, enquêter sur des mystères tels que la "violation de la symétrie charge-parité des leptons, " lequel, juste après le Big Bang, aurait produit un petit surplus de matière par rapport à l'antimatière. Ce surplus constitue l'univers que nous connaissons.

Stefan Söldner-Rembold, professeur à l'Université de Manchester et l'un des orateurs de l'événement, a salué la participation du Brésil à l'expérience. Le chercheur a parlé au nom de la participation du Royaume-Uni au consortium. "L'un des défis que nous avons avec ce type d'accord est de savoir comment les différentes agences de financement d'autres pays contribuent aux ressources. Celui qui met l'argent veut qu'il soit dépensé, et l'expertise développée, localement. L'idée est que le Brésil ne se contente pas de verser des fonds, mais que les détecteurs sont construits dans le pays et installés dans la DUNE grâce à l'utilisation du savoir-faire brésilien. C'est généralement difficile à faire, mais nous allons réussir à le faire dans ce cas, ", a déclaré le chercheur.