A prática leva à perfeição (detectores de partículas)

Quando concluído, o Deep Underground Neutrino Experiment, ou DUNE, será o experimento de neutrinos mais abrangente do mundo - e instalar o gigante detector distante para DUNE em uma caverna a 1,6 km de profundidade será como o maior jogo de Operação do mundo.

O DUNE consistirá em dois detectores: um detector próximo menor, a ser localizado no Fermi National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos EUA, em Illinois; e um detector distante maior, localizado no Sanford Underground Research Facility, ou SURF, em Dakota do Sul.

O detector distante foi projetado para ser composto por quatro módulos – dois dos quais estão em construção e dois ainda em planejamento – cada um com as dimensões de um prédio de quase seis andares e do comprimento de um campo de futebol. Um módulo será composto por 25 fileiras de detectores de neutrinos menores, chamados conjuntos de planos anódicos – APAs – alguns dos componentes mais frágeis do experimento.

Com o detector distante DUNE da SURF sendo montado em uma caverna subterrânea, não há muito espaço de manobra para trabalhar. Os técnicos que instalarem a última fileira de APAs ficarão encostados em uma parede e terão apenas alguns metros para operar com segurança; assim que trouxerem o elevador tipo tesoura, haverá espaço suficiente para um humano caminhar entre ele e as APAs. Depois de terminarem, eles terão que voltar, trazendo consigo todas as ferramentas e instrumentos que trouxeram.

Para finalizar o detector, “estamos trabalhando com centímetros de sobra”, diz Tom Wieber, gerente de outro laboratório subterrâneo, o NOvA Far Detector Facility, em Ash River, Minnesota.

Wieber conhece bem as restrições, pois desempenha um papel essencial na preparação para a instalação final.

NOvA também é um experimento de neutrinos de longa distância. Consiste em um detector distante em Ash River e um detector próximo no Fermilab. Um feixe de neutrinos originado no Fermilab é enviado através de ambos os detectores.

Depois que o NOvA foi montado, a instalação de Ash River tinha espaço suficiente para criar uma área de montagem experimental para DUNE; é o único local com dois protótipos de APAs com os quais os técnicos podem praticar o trabalho.

A prototipagem é uma etapa indispensável no desenvolvimento de experimentos de física de grandes partículas. Desde o teste dos componentes para confirmar que funcionarão em condições experimentais até o ensaio do transporte e montagem das peças, as colaborações da física de partículas fazem de tudo para garantir que o experimento tenha o desempenho esperado.

Muitos componentes do DUNE utilizam ferramentas especialmente desenvolvidas que Wieber e sua equipe fabricam internamente, com base em desenhos de projeto e listas de materiais. Eles então testam as ferramentas em seu protótipo DUNE.

“Temos excelentes engenheiros atrás de nós que projetam as ferramentas e acessórios de tal forma que só precisamos descobrir como usá-los com segurança”, diz Wieber. “Tipo, eles são muito pesados? Precisamos de outra ferramenta auxiliar para facilitar a instalação ou remoção? Que tipo de coisas precisam ser colocadas em cordões para que não caiam? A qualquer momento, quando você estiver usando isso, será impossível usá-lo sem três mãos?”

Quando se deparam com um problema, a equipe de Wieber informa os engenheiros sobre o problema e propõe possíveis soluções. Em seguida, o design é revisado e o processo recomeça.

“Provavelmente posso contar com os dedos de uma mão quantos widgets, ferramentas e acessórios da versão um não tiveram algum tipo de modificação depois de serem testados – alguns deles simples, alguns deles totalmente retrabalhados”, diz Wieber.

“Todas as lições aprendidas são valiosas”, diz ele. “Qualquer coisa que tenha sido difícil, demorada, seja lá o que for, precisa ser registrada. Porque estamos construindo um protótipo, e se houver um problema… ele precisa ser documentado para que, quando escalarmos essa coisa para quilotons, [o problema] não seja agravado.”

A configuração de Ash River é versátil o suficiente para que Wieber e sua equipe possam testar muitas coisas ao mesmo tempo. Por exemplo, eles estão instalando seus dois APAs em orientações diferentes para testar o comprimento do cabo. Simultaneamente, eles estão testando a “flexibilidade” de um plano catódico – para ver se ele se endireitará depois de ser mantido em forma de lua crescente.