Instrumentação avançada para grandes colaborações em Física de Altas Energias: Purificação de LAr e Fotodetecção para o LBNF-DUNE

Resumo

Este projeto é uma iniciativa multidisciplinar integrada entre a academia e a indústria no Brasil para enfrentar problemas científicos e tecnológicos desafiadores associados à instrumentação avançada em física de altas energias, particularmente associada à produção em massa, purificação e regeneração de Argônio Líquido (LAr) e a fotodetecção precisa para a Projeto Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF). O LBNF fornece a infraestrutura para o Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) hospedado pelo Fermilab (FRA) do Departamento de Energia dos EUA em Batavia-IL. A criogenia massiva de LAr desempenha um papel crucial no LBNF-DUNE. O projeto DUNE é uma iniciativa internacional de dimensões impressionantes que visa desvendar os mistérios dos neutrinos, que são as partículas mais abundantes do Universo, das quais ainda se sabe muito pouco a respeito. Através do estudo dos neutrinos, de sua natureza, tipos e mínima interação com a matéria, os cientistas do LBNF/DUNE esperam elucidar mistérios fundamentais da física de partículas, da origem do Universo e do seu funcionamento. Desempenhando um papel crucial no projeto LBNF/DUNE, o Instituto de Física "Gleb Wataghin" (IFGW) da Unicamp e as empresas Akaer/Equatorial Sistemas Ltda se uniram ao Fermilab em um acordo científico para realizar pesquisa e desenvolvimento, testes e modelagem e prototipagem de menor escala para superar os desafios científicos e tecnológicos associados com a produção, purificação e regeneração de Argônio Líquido (LAr) e componentes relacionados em plantas criogênicas de larga escala, especialmente, quando estas devem ser instaladas em cavernas subterrâneas.Assim, o IFGW/Unicamp liderou a Fase I deste projeto apoiado pela FAPESP por meio de um Auxílio Regular de Pesquisa Especial nº 2020/01609-2 para o IFGW/Unicamp combinado com dois Projetos de Pesquisa Inovadora em Pequenas Empresas (PIPE) nº 2020/00784-5 e 2020/01522-4 para Equatorial Sistemas Ltda. Como resultado da Fase 1 deste projeto, uma Unidade de Testes de Purificação de LAr foi instalada no IFGW/Unicamp (https://sites.ifi.unicamp.br/experimentos-de-purificacao-de-lar/en/). O criostato do teste de purificação de LAr na Unicamp (PULarC) começou a funcionar em 18 de junho de 2022 e hoje em dia faz parte da infraestrutura de equipamentos multiusuárias do IFGW/Unicamo e pode ser usado para testes de novos materiais adsorventes para purificação de gases e líquidos (https://portal.ifi.unicamp.br/servicos/laboratorio-multiusuarios-lamult/criostato-de-testes-de-purificacao-de-argonio-liquido-pularc). Meios filtrantes inovadores foram propostos e a inovação nos métodos de adsorção de O2 e N2 pelos adsorventes propostos, duas patentes (BR102023024694-0 e BR102023026705-0) foram despositas em 2023. Adicionalmente, essa pesquisa inovadora render a equipe o Prêmio Nacional de Inovação de 2023, na categoria de Pesquisador Inovador atuado com empresas de Médio Porte. A conclusão bem-sucedida da Fase 1 conferiu à Unicamp/Akaer e seus parceiros a responsabilidade pela engenharia, fabricação, produção e entrega dos principais componentes do sistema de purificação de LAr em tamanho real do LNBF-DUNE, um protagonismo extraordinário em um dos mais importantes experimentos científicos internacionais da atualidade no mundo.Esta parceria é uma oportunidade única para o desenvolvimento científico e tecnológico de centros de pesquisa e indústrias de alta tecnologia no Brasil ao estarem envolvidos em um projeto extraordinário e sem precedentes em Física de Partículas com possibilidades de descobertas importantes e de grande impacto em Física de Partículas e da origem do Universo. Este experimento receberá grande atenção por parte da comunidade científica mundial por muitas décadas.As bases legais para que este projeto seja conduzido pela parceria Unicamp/Akaer/FRA podem ser encontradas no convênio ICRADA - CRADA nº FRA-2016-0017 Anexo B assinado pela Unicamp/FRA e no convênio 08-P- 8095/2020 entre Unicamp/Akaer. (AU)