Trabajando en China

¡Ni hao a todos!

Os escribo desde la sala de control de Daya bay. Supongo que estaréis pensando que debería estar trabajando en vez de aquí picando tecla, y tenéis razón pero en mi favor diré que el trabajo no es muy exigente, tan solo consiste en comprobar cada hora que todo va bien: Hay 3 pantallas, una por cada conjunto de detectores, en las que tengo que comprobar que los canales funcionan correctamente, como son unos cuantos de miles la información se muestra en histogramas. Así es muy fácil ver de una sola pasada si hay canales calientes con grandes picos (muy activos, lo que puede ser debido a problemas con el hardware) o muertos (ninguna lectura encontrada). Luego hay otras cuatro pantallas en las que puedo observar los canales de alto voltaje, otros cuantos miles, pero estos están monitorizados por software y si alguno de los valores se va de madre un semáforo se pone rojo. A su vez están los sistemas de presurización para el gas que se suministra en los detectores y también el control del agua en el que están sumergidos. Con estos últimos me encargo de comprobar que los valores están dentro de lo esperado.

La central desde la que se opera el experimento.

Si algo va mal toca coger el teléfono y llamar al experto encargado del sistema con problemas. A veces se requiere que vayamos al subsuelo a arreglar algún estropicio. La primera vez que fui me quedé sin palabras. Se puede ir en bici o en una especie de coche de golf, andar es desaconsejable ya que son túneles de varios kilómetros de longitud, lo mejor de todo es que el fondo se pierde de vista y te produce una sensación intensa de estar metido en una película de ciencia ficción o de James Bond: perdido en mitad de una montaña con una perforación gigantesca en la que todo está rodeado de cables y tuberías. A lo lejos se encuentran salas llenas de maquinaria y ordenadores a servicio de los detectores. Intentaré tomar unas fotos y subirlas cuando pueda, merece la pena.

Al principio del experimento siempre había dos personas en la sala de control por cada turno de 8 horas, pero a estas alturas ya sólo hay dos personas en el turno de noche, con lo que yo me encuentro “volando solo”.

Creo que nunca me he parado a explicaros cómo se detectan los antineutrinos en nuestro experimento, voy a aprovechar a daros una panorámica:

Los detectores funcionan con PMT (tubos fotomultiplicadores) que vienen a ser cámaras super sensibles, tan sensibles que son capaces de discriminar un fotón en la oscuridad. Cuando un antineutrino cruza el agua que hay dentro del detector (cuyo contenedor tiene forma cilíndrica para evitar cualquier asimetría) se produce una reacción que produce dos flashes de luz, con una separación temporal entre ellos que caracteriza al antineutrino. Si esto se produce se dispara un trigger, se toma una ¨instantánea¨, que guarda los datos registrados en los PMT. Pero también hay otros procesos en la naturaleza que pueden desencadenar flashes en nuestro detector, como son los muones, partículas cósmicas que tienden a penetrar en la tierra. Una de las razones por las que el experimento está bajo una montaña es la protección contra ellos, pero no es suficiente. La solución es sumergir a los detectores en agua ultra pura, de esta forma cuando un muón cruza el agua con velocidades relativistas se produce una radiación muy conocida por los físicos, llamada radiación de Cherenkov, que es la que da ese color azúl al agua en los reactores nucleares. Tenemos instalados muchos PMT en esta piscina y si algún muón decide cruzarse con nuestro detector podemos determinar cuándo y dónde.

Radiación de Cherenkov

Todos los eventos registrados se guardan en una base de datos y se aplican filtros de energía y tiempo para discriminar cuándo hemos encontrado un antineutrino en vez de un muón u otro tipo de interacciones. Mediante el uso inteligente de los datos logramos eliminar también otras fuentes de posible ¨ruido¨, tecnicismo para decir interferencia o dato no deseado.

Como véis el experimento es muy sencillo, quizás el secreto de su éxito sea ese. Os estaba contando que desde la sala de control compruebo que todos los PMT funcionan bien, si hay alguno con problemas es importante detectarlo y cambiarlo a tiempo para no perder datos usables. Las últimas pantallas muestran el sistema que se encarga de producir el agua pura, renovarla, e introducirla en las piscinas. En cuanto al gas, este se usa para otros detectores llamados RPC, Resistive Plate Chamber, son placas rellenas de gas de unos 2 metros cuadrados a las que se aplican miles de voltios para que cuando una partícula cargada la cruce se produzca un arco y la detectemos. Son muy báratos y eficaces. El CERN usa bastante de estos.

Hay 6 detectores instalados de los 8 que estaban planeados. Este verano se instalarán los dos restantes, aunque con uno hay problemillas que supongo no estoy autorizado a contar. Estos 6 detectores están divididos en 3 grupos, 3 de ellos están en 2 bases cercanas a los reactores nucleares para medir el flujo de neutrinos en su producción y los tres restantes están en la base lejana donde se supone que la oscilación de neutrinos es máxima para el ángulo theta13.

Detectores de antineutrinos en Daya Bay

Una vez eliminadas las fuentes de ruido todo lo que queda es contar cuántos neutrinos han atravesado cada detector y hacer un ratio. Aquí entra un poco la estadística pero al fin y al cabo es el número de antineutrinos en defecto lo que determinará cómo de grande es la oscilación de estos.

Espero haber aclarado un poco cómo funciona todo esto, mi intención es explicarlo lo mejor posible, así que si tenés dudas simplemente preguntadme. No he podido añadir fotos al post por que mi ordenador ha hallado una vida mejor. Tendré que esperar a estar de vuelta en Chicago, dentro de un mes.

Zai Jian!

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Daya Bay publica su primer resultado

Una vez estás dentro de este tinglado empiezas a darte cuenta de que el mundo de la ciencia es apasionante. Es una carrera donde los fallos se pagan caro y los competidores luchan con todas sus fuerzas, al fin y al cabo la ley de supervivencia se extiende a todos los ámbitos humanos. En los últimos meses he sido testigo de como una colaboración internacional presionaba a todos sus eslabones para evitar cualquier filtración, he podido ver cómo se blindaban los datos para que los análisis se hiciesen sobre valores “cegados”, ayudando a mantener el secreto. Se notaba la importancia de dar la primera estocada a sus competidores, y es que el que golpea primero, golpea dos veces. En este caso hablamos de otros experimentos luchando por el honor de publicar el mejor resultado de θ13 (y las recompensas que conlleva).

He tenido la suerte de haber escogido el caballo ganador, en su día me ofrecieron entrar en MINOS y en Daya Bay, y ya sabéis el resultado. Pero había muchos más buscando llegar primero al Dorado: T2K en Japon,  Double Chooz en Francia y RENO en Corea del Sur. Finalmente fue Daya Bay el que se ha adelantado a todos, y eso que no estamos completamente operativos. Este verano (justo cuando rendiré una visita a las instalaciones en China) se montarán los dos últimos detectores de antineutrinos aumentando el ritmo de produción de datos y acotando el valor de θ13 hasta los límites del experimento.

He de decir que me impresiona el alboroto que se está montando por el mundo científico, pero lo cierto es que mucha gente estaba esperando este momento. ¿Por qué? El valor de este ángulo, o mejor dicho del seno al cuadrado del ángulo doble es 0.092 más o menos 0.017 por errores estadísticos y sistemáticos, lo que lo hace sorpresivamente grande. Como ya he comentado alguna vez en el blog, este parámetro es el último que quedaba por descubrir para definir completamente las amplitudes en el proceso de mezcla de la familia de los neutrinos, y ahora abre la puerta a nuevos experimentos para medir los estados másicos de estas partículas, su jerarquía, y más allá, la fase relacionada con la “simetría” Carga-Paridad. Se cree que la violación de esta simetría está íntimamente relacionada con la razón por la que hay más materia que antimatería, y amigos esta es una de las dudas con más importancia en la física actual.

Me da un buen “feeling” estar en esta colaboración, las oportunidades que tengo para aprender se multiplican, y siempre es bueno estar en el ojo del huracán, en la ciencia claro está. La lista de correo está echando humo y espero que siga así por una temporada. Ahora mismo me da un poco de vértigo pensar que en un par de meses tendré la máquina entre mis manos, con la responsabilidad que eso conlleva. Serían buenas noticias no salir en ellas. 🙂

Hasta entonces me tocará seguir con mis cursos, lo cierto es que me tienen ocupado y no os escribo desde hace mucho, pero tengo reservada alguna entrada que otra en el horno. Intentaré seguir dándole. Gracias a los que seguís detrás de la pantalla.

Para los interesados:

http://www.physorg.com/news/2012-03-results-daya-bay-kind-neutrino.html

http://arxiv.org/pdf/1203.1669v1.pdf

http://arxiv.org/pdf/1203.1672v1.pdf