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Con éxito, un grupo de académicos del IFUNAM desarrollan un detector de vanguardia para el CERN

Sofía Flores Fuentes
03/08/2021

Después de ocho años de trabajo, un grupo de académicos del Instituto de Física de la UNAM (IFUNAM) ha colaborado en la renovación y mejora de "A Large Ion Collider Experiment" (ALICE), un proyecto experimental compuesto por una veintena de detectores de partículas, que opera en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el anillo circular de imanes superconductores más grande del mundo.

El detector FIT, por “Fast Interaction Trigger”, como parte del ALICE. Foto cortesía del doctor Varlen Grabski.

Como parte del trabajo constante de restauración del detector, los doctores Varlen Grabski, Arturo Menchaca Rocha, Rubén Alfaro Molina, así como el ingeniero Saúl Aguilar Salazar, apoyados por estudiantes, personal del Taller Mecánico y demás académicos del IFUNAM, han trabajado en la propuesta, desarrollo y colocación del FV0, uno de los componentes de ALICE, llamado “Fast Interaction Trigger” (FIT), que permitirá refinar las mediciones y observaciones en el estudio de la estructura de la materia.

El FV0 contempla un diseño innovador, nunca antes propuesto ni desarrollado en el mundo, lo que sienta las bases para la construcción de nuevos detectores. El planteamiento vanguardista considera un aumento de tamaño en el detector para incrementar la eficiencia del mismo, conformado por una estructura modular, se trata de un disco de 1.50 metros de diámetro, que está dividido radialmente en 5 anillos y angularmente en 8 sectores. La mejora le da la posibilidad de resolución temporal de 200 picosegundos, en el que 1 picosegundo es el equivalente a que la luz viaje en el vacío una distancia de 0.30 milímetros.

El FV0, además de la mejora tecnocientífica, es económico en su composición por los elementos materiales que lo conforman. Asimismo, en términos de interés científico, favorecerá un análisis de datos robusto de la estructura e interacción de la materia, pertinente a la física de partículas. Entre otros, permitirá definir los parámetros del choque de partículas, la distancia que existe entre ellas cuando se les pone en interacción y el plano de reacción.

La oportunidad de ayudar a la renovación del detector FIT, a través del FV0, surge de la experiencia obtenida por estos académicos del IFUNAM en otros proyectos internacionales, como uno que opera en la Estación Espacial Internacional (EEI), donde participaron en el desarrollo de un espectrómetro de masas, denominado AMS, para el estudio de la antimateria en el universo. Del deseo de comprender cómo se produce la antimateria en el espacio es que surge el interés por participar en la mejora del detector en el CERN, que permitirá ayudar a responder esta cuestión no sólo a través de los desarrollos colocados fuera de nuestro planeta, sino también desde él.

Los doctores Arturo Menchaca Rocha y Varlen Grabski, parte del equipo del IFUNAM involucrado, junto a las fibras del FV0. Foto cortesía del doctor Varlen Grabski.

En 2018, los académicos lograron demostrar que era posible utilizar 50 mil fibras de 1mm de diámetro cada una para el FV0, así como las dimensiones del sistema mecánico. Un año después se produjo la construcción de la infraestructura del FV0, así como el envío de las fibras y de los centelladores para su montaje en el CERN. Fue en junio de 2021 que se finalizó su montaje, y su funcionamiento fue probado. Ahora sólo resta conectar el mismo a la estructura computacional del detector, para que estas mejoras puedan ser puestas en funcionamiento para la próxima corrida de experimentos.

A lo largo de la construcción del FV0, los investigadores se enfrentaron a distintos problemas de diseño, como encontrar la distancia a la que se debía colocar el fotosensor para conseguir una buena cantidad de uniformidad. También fue importante decidir el número apropiado de fotosensores, para reducir dicha distancia y optimizar el diámetro de las fibras de Kuraray para lograr una superficie suficiente para una detección apropiada. Esto se benefició de la posibilidad de diseñar y construir prototipos en el Instituto, aunque hubo necesidad de construir la cubierta del detector fuera del país para su posterior colocación en el CERN, hasta llegar a las pruebas que permitieron comprobar el correcto funcionamiento del detector.

Parte del equipo del IFUNAM durante el montaje del detector, que terminó de instalarse en junio de 2021. Foto cortesía del doctor Varlen Grabski.

Ha sido gracias al apoyo de la UNAM, a través de la Rectoría, de la Coordinación de la Investigación Científica (CIC), de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) y del Instituto de Física; así como del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT); y del CERN, que el desarrollo y culminación de este proyecto ha sido posible.

A través del IFUNAM, que fuera el primer instituto de la UNAM en colaborar en proyectos del CERN, este grupo de académicos también, hasta hace poco tiempo, fue el único grupo latinoamericano en colaborar en el experimento AMS. La mejora del detector FIT contempla otros dos instrumentos: el FT0, compuesto por 208 radiadores quartz separados ópticamente; así como el Forward Diffractive Detector (FDD), que funcionará como una herramienta de monitoreo de fondo.

Fragmento del LHC. Foto cortesía del doctor Varlen Grabski.