Solo cinco países en el mundo han sido validados para el desarrollo de los detectores sTGC. Estas piezas se utilizarán para mejorar el rendimiento del acelerador de partículas más grande a nivel global, ubicado en la frontera entre Suiza y Francia, y sus aplicaciones serán posibles en otros campos como la minería y la medicina.
Tras ocho años de trabajo de investigación, acondicionamiento de infraestructura, capacitación internacional y desarrollo de la tecnología sTGC, el Centro Científico Tecnológico de Valparaíso (CCTVal), de la Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM), junto a la Pontificia Universidad Católica (PUC), cumplieron con el compromiso internacional asumido por el Estado de Chile ante la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), de fabricar un total de 33 módulos de detectores de muones (partícula elemental del grupo de los leptones, de carga igual a la del electrón) para el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por su sigla en inglés).
Las últimas piezas fabricadas serán enviadas durante el mes de junio y el resto ya están siendo instaladas en el detector el ATLAS, uno de los cuatro experimentos del LHC, conocido como el mayor instrumento científico del mundo en el campo de la física de partículas: se trata de una compleja máquina subterránea de forma circular, con una longitud de 27 km e imanes superconductores en toda su distribución, en cuyo interior colisionan haces de protones casi a la velocidad de la luz, dando como resultado el surgimiento de millones de partículas y una recreación de las condiciones que siguieron al Big-Bang.
Las interacciones generadas en el LCH se traducen posteriormente en grandes volúmenes de datos, sirviendo como material de estudio a investigadores de diversos países que buscan dar respuesta a preguntas fundamentales sobre la constitución de la materia, el funcionamiento del universo y tensionar el Modelo Estándar, tal como ocurrió en 2012 con el descubrimiento del Bosón de Higgs, popularmente conocida como la “partícula de Dios”.
Renovación y mejoras
A fines del 2021 se espera que el LHC inicie su tercer ciclo de operación (Run 3), cuando se complete el proceso de casi tres años de mejoras y renovación de toda su tecnología (upgrade) y esté listo para enfrentar una etapa más exigente en la exploración de nueva física, que implicará un incremento del número de colisiones, luminosidad y una mejor resolución y eficiencia de sus sistemas de registro de datos.
Precisamente en este upgrade, que consiste en la renovación de las secciones internas del sistema de detección de muones (el reemplazo de la Small Wheel por la New Small Wheel), Chile ha tenido una participación relevante, estando al nivel de países como Israel, Canadá, China y Rusia, que colaboraron también en el desarrollo de este proyecto.
Los detectores
La tecnología sTGC está constituida principalmente de cátodos y un ánodo de alambres de tungsteno de 50 micrones (µm) de diámetro, es decir, más delgado que un cabello humano, formando circuitos impresos en forma de tarjeta electrónica. El trabajo consistió en el ensamble de dos cátodos y sus respectivas estructuras internas en una cámara de solo 5.6 mm de espesor, con una precisión de 40 micrones. Luego, un conjunto de cuatro cámaras se testeaba inyectando una mezcla gaseosa de CO2 y pentano, y aplicando alto voltaje, lo que permite una amplificación de la ionización que producen las partículas que lo atraviesan. Tras estas pruebas, el conjunto se trasladaba desde el CCTVal de la UTFSM en Valparaíso al Laboratorio de Altas Energías de la PUC, donde ingenieros validaban su correcta operación antes de ser enviados al CERN.
“Sin la NSW, cerca del 90% de los datos de muones capturados por el experimento ATLAS no eran útiles; ahora, con los detectores sTGC se busca filtrar esa información irrelevante, la que se reducirá al orden del 20 o 30%”, indica Rimsky Rojas, ingeniero civil electrónico del CCTVal, y líder de la colaboración ante el CERN.
Otras aplicaciones de sTGC
Además de su rol en ATLAS, la tecnología fabricada en Chile tiene una amplia gama de aplicaciones más allá de la física de partículas, gracias a la capacidad de los muones para atravesar una gran cantidad de materiales.
Según detalla Rojas, en ámbitos como la minería esta tecnología permitiría conocer la geología de una montaña, determinar su estructura y cavidades, e identificar, por ejemplo, cuáles serían los lugares más apropiados si se requiere dinamitar, reduciendo la posibilidad de accidentes. Esta misma técnica podría implementarse en el estudio de pirámides y su composición interna.
Así también, la tecnología sTGC otorga grandes ventajas en el campo de la medicina, como en el caso de la radioterapia: “Muchas veces sucede que el plan de irradiación de un paciente con cáncer afecta los tejidos sanos. De este modo, un sTGC podría mejorar el proceso y ser utilizado para medir en tiempo real la dosis administrada, además de ofrecer un costo menor al de los equipos actualmente disponibles en el mercado”, precisa el líder del proyecto.
El factor pandemia
Al igual que para la mayoría de los sectores productivos del país, la pandemia ha significado retrasos en la programación y los plazos estipulados. A pesar de ello, el equipo nacional responsable del proyecto hace una evaluación positiva del proceso y de la entrega de cada una de las piezas fabricadas.
“La producción debió terminar en 2020, sin embargo, por el contexto, los sitios de construcción del proyecto tuvieron que detener sus operaciones. Esto significó parar la fabricación entre marzo y noviembre del año pasado, para luego retomar con limitaciones respetando los aforos y trabajando por turnos”, comenta Rojas. No obstante, el ingeniero agrega que estas dificultades no impidieron finalizar el proyecto de forma satisfactoria, pues desde el CERN han recibido comentarios que “hablan de lo bien posicionados que estamos, la evidencia del compromiso y la calidad de los detectores que se construyeron”.
Con los resultados obtenidos, se espera que el trabajo en ATLAS posibilite nuevos roles de la ciencia nacional en experimentos de relevancia internacional. Según Rojas, esta participación abre oportunidades en esta u otras colaboraciones, lo que brindaría acceso al aprendizaje de tecnología de punta, que se debiera traducir en transferencia del conocimiento, mayor innovación y desarrollo del país.
“En lugares como el CERN se genera ciencia y tecnología de vanguardia, conocimientos que con el tiempo se aplican en la vida cotidiana. Las radiografías, por ejemplo, se generaron en el ámbito de la física de partículas hace más de 100 años atrás, algo que hoy forma parte de nuestra cotidianidad. Así también la cirugía radioguiada o incluso el internet fueron innovaciones en su época que surgieron en este lugar. Hay mucha tecnología que se genera en torno a los experimentos que allí se llevan a cabo, que probablemente la veremos aplicada en mucho tiempo más”, finaliza Rojas.
