Na busca por partículas de matéria escura, um experimento de mesa no coração de uma mina canadense pode resolver o problema. A colaboração do SENSEI usa dispositivos skipper carregados, ou CCDs, que são os sensores mais sensíveis de seu tipo, sonhados décadas atrás e apenas recentemente realizados.
A colaboração recentemente provou que o experimento tem um detector de matéria escura sensível e que pode reduzir as taxas de fundo em uma área experimental subterrânea no Fermilab do Departamento de Energia. Agora, a colaboração está executando uma versão maior, exponencialmente mais silenciosa e mais sensível do experimento, a mais de um quilômetro e meio abaixo do solo no SNOLAB, no Canadá.
Com a pandemia COVID-19 e o fechamento da fronteira EUA-Canadá, o experimento poderia facilmente ter ficado atrasado em 2020. Em vez disso, está em sua fase de comissionamento – testando com cerca de 20% do material alvo que o experimento usará quando o camadas externas de proteção estão no lugar. Um extraordinário trabalho de equipe entre físicos de ambos os lados da fronteira garantiu que ela avançasse dentro do prazo.
Ficar seguro enquanto progride na ciência
Quando a pandemia se instalou pelo terceiro ou quarto mês, Javier Tiffenberg, cientista associado do Fermilab e colaborador do SENSEI, percebeu que a instalação experimental planejada da equipe do Fermilab, prevista para começar em 2020, precisava ser repensada.
Sem uma maneira de chegar ao local, a equipe do SENSEI entrou em contato com o SNOLAB para ver se a equipe estava aberta para instalar o experimento hiper-sensível por conta própria com orientação remota do Fermilab. A equipe da SNOLAB já está familiarizada com os desafios únicos de instalar experimentos em um laboratório limpo localizado em uma mina em funcionamento. Desta vez, eles estariam realizando uma instalação de semanas para um experimento do qual originalmente não fariam parte.
SNOLAB era um jogo.
“Seremos as mãos deles, pois eles não podem estar aqui”, disse Silvia Scorza, pesquisadora do SNOLAB, sobre a perspectiva adotada para o projeto. Ela é uma das funcionárias do SNOLAB que ajudou a instalar projetos remotamente durante a pandemia.
“Quando o pessoal do SNOLAB disse que estava interessado em contribuir para isso e, da nossa parte, os engenheiros e técnicos disseram:” Sim, podemos fazer isso “, fiquei super empolgado porque realmente pensei que isso estava acontecendo”, Tiffenberg disse.
Greg Derylo, um engenheiro da Divisão de Física de Partículas do Fermilab, projetou o layout do SENSEI, trabalhou com o grupo de redação para fazer desenhos de todas as peças mecânicas e adquiriu peças em oficinas de máquinas locais e externas. Por causa dos efeitos das restrições do COVID-19 no acesso ao campus do Fermilab, ele também fez a maior parte da montagem física do experimento.
Derylo disse que desmontar no Fermilab e remontar no SNOLAB sempre fez parte dos planos. Mas a instalação remota apresentou um novo problema.
“O verdadeiro truque vem em termos de quem está fazendo essa montagem no subsolo”, disse ele. A principal preocupação era lidar com os frágeis (e caros) CCDs do capitão, que são “muito suscetíveis a danos eletrostáticos”. Menos do que uma pessoa pode sentir na mão depois de esfregar os pés no carpete e tocar na maçaneta da porta pode destruir os sensores. Assim, os físicos e técnicos do SNOLAB fizeram um curso especial de manuseio de eletrônicos.
Testando, testando e uma festa muito pandêmica
Antes que o experimento pudesse ser colocado nas mãos do SNOLAB, ele teve que ser testado e documentado.
“Testamos tudo no Fermilab. Montamos tudo da mesma forma que eles fariam lá”, disse Derylo.
O primeiro teste foi mecânico – juntando a parte externa do experimento para confirmar que manteria o vácuo – e um teste de desempenho térmico. O SENSEI depende da criogenia para “esfriar”. Para isso, a equipe do Fermilab colocou instrumentação extra para monitorar temperaturas e fazer diagnósticos. Ambos tiveram o desempenho esperado.
No início do outono de 2020, a equipe do Fermilab instalou um conjunto de módulos de teste no experimento, ligou-o, resfriou-o, fez funcionar a frio e operou os módulos. A leitura disparou sem problemas. A equipe comemorou – cada membro de sua própria localização via Zoom – com champanhe.
Documentação e modelagem manual
Normalmente, a documentação é mais uma série de lembretes do que instruções detalhadas, e os membros da equipe podem intuir o processo ou confiar em grande parte na memória.
Criar instruções para uma equipe não familiarizada com o experimento exigia comunicação de nível superior. Isso significava principalmente criar documentação com muito mais detalhes.
Como a equipe sabia que a instalação seria remota, eles aproveitaram sua própria montagem durante os testes.
“Tiramos fotos de tudo”, disse Tiffenberg. “Ter essa documentação era fundamental.”
Mas criar isso não foi sem desafios. Com várias pessoas documentando em momentos diferentes devido à pandemia, a comunicação dentro do grupo também se tornou mais importante do que o normal. Técnicos diferentes tinham perspectivas diferentes – literalmente.
“Acontece que tínhamos definições opostas sobre o que era a frente da configuração”, disse Derylo. O remédio? O mais novo e um dos seus componentes mais importantes do SENSEI: etiquetas adesivas.
A equipe também incluiu pontos de parada na documentação. Assim que um par SNOLAB alcançou um desses pontos, eles poderiam determinar se eles tinham tempo para prosseguir para a próxima etapa em um turno ou se precisavam de esclarecimentos da equipe do Fermilab.
O primeiro rascunho ficou pronto no início de 2021. Derylo disse que a documentação foi dividida em diferentes seções e acabou tendo cerca de 70 páginas. O documento é semelhante a um esboço “salpicado de fotos”. Esquemas para o sistema de vácuo, o sistema de refrigeração e o cabeamento elétrico também foram fornecidos, mas não faziam parte do livreto.
“Então nós desmontamos, mas tentamos manter o máximo possível de peças juntas, e então enviamos para o SNOLAB em janeiro”, disse Tiffenberg.
Uma sala limpa ultralimpa em uma mina em funcionamento
Deixando de lado as questões pandêmicas, o processo de instalação de experimentos nas instalações subterrâneas do SNOLAB sempre foi complexo. Afinal, é um laboratório limpo localizado a mais de um quilômetro abaixo do solo – dentro de uma mina em funcionamento.
“O planejamento cuidadoso e a preparação começam na superfície”, disse Scorza.
Lá, no início do dia, físicos, engenheiros e técnicos vestidos de mineiros (além de máscaras e crachás de rastreamento de contato para a pandemia) aguardam “a gaiola”, um elevador de mineração para levá-los para o subsolo.
A viagem leva menos de cinco minutos. Mas então há uma jornada que dura quase um quilômetro através de um túnel de mina com uma linha férrea ao longo dele.
“Portanto, cuidado com os passos”, disse Scorza.
Publicado em 18/10/2021 09h33
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