El Telescopio de Neutrinos de Kilómetros Cúbicos ( KM3NeT ) es una infraestructura de investigación europea situada en el fondo del mar Mediterráneo . Alberga el telescopio de neutrinos de próxima generación con detectores Cherenkov de agua .
Una vez finalizado, el proyecto KM3NeT tendrá un volumen instrumentado total de varios kilómetros cúbicos distribuidos en tres lugares del Mediterráneo: KM3NeT-Fr (en la costa de Toulon , Francia), KM3NeT-It (en la costa de Portopalo di Capo Passero , Sicilia, Italia) y KM3NeT-Gr (en la costa de Pylos , Peloponeso, Grecia). El proyecto KM3NeT continúa el trabajo realizado para el telescopio de neutrinos ANTARES, que estuvo en funcionamiento en alta mar frente a las costas de Francia entre 2008 y 2022.
Con el KM3NeT, los científicos buscan neutrinos en fuentes astrofísicas distantes, como restos de supernovas , explosiones de rayos gamma , supernovas o estrellas en colisión. El telescopio es una herramienta poderosa en la búsqueda de materia oscura en el universo. Los conjuntos de miles de módulos de sensores ópticos detectan la débil luz Cherenkov en las profundidades marinas de partículas cargadas que se originan por colisiones de los neutrinos con el agua o la roca en las proximidades del detector. La posición y la dirección de los módulos ópticos y el tiempo de llegada de la luz a los fotomultiplicadores en el interior se registran con alta precisión. Las trayectorias de las partículas se reconstruyen a partir de estas mediciones. La infraestructura de investigación también alberga instrumentación para otras ciencias como la biología marina , la oceanografía y la geofísica para el monitoreo a largo plazo y en línea del entorno de las profundidades marinas y el fondo marino a profundidades de varios kilómetros.
El proyecto KM3NeT 2.0 está construyendo dos grandes detectores, ARCA en KM3NeT-It y ORCA en KM3NeT-Fr. El detector ARCA es un telescopio de un kilómetro cúbico que busca fuentes de neutrinos distantes. El detector ORCA está optimizado para la medición de las propiedades del propio neutrino. En ese sentido, ORCA es un detector de física de partículas de neutrinos. Se pueden encontrar más detalles en la Carta de Intenciones. [1]
La supervisión, gobernanza y gestión de la implementación y operación de KM3NeT está a cargo de una colaboración internacional. La comunidad KM3NeT está formada por unos 250 científicos, además de ingenieros y técnicos.
En el futuro, y a la espera de la financiación, el telescopio de neutrinos completo contendrá alrededor de 12.000 esferas de vidrio resistentes a la presión unidas a unas 600 cuerdas verticales flexibles -o unidades de detección- ancladas en el fondo marino. Al final de la fase actual de construcción, el telescopio comprenderá 345 cuerdas, 230 en el detector ARCA y 115 en el detector ORCA. Las unidades de detección soportan 18 módulos de sensores esféricos cada una. La posición de los módulos y el tiempo de llegada de la luz a los fotomultiplicadores en su interior se mide con alta precisión. Cada módulo óptico tiene unos 44 centímetros (17 pulgadas) de diámetro, contiene 31 tubos fotomultiplicadores de tres pulgadas con electrónica de apoyo y está conectado a la costa a través de una red óptica de gran ancho de banda. [2] Juntos, los detectores ARCA y ORCA contienen 6210 módulos ópticos. A través de una red electroóptica de cables y cajas de conexiones submarinas, los módulos ópticos se conectan a estaciones de control en tierra para obtener energía eléctrica, controlar detectores y transmitir datos. [3]
Como las cuerdas con módulos ópticos se mueven con las corrientes en las profundidades marinas, la posición y orientación de los módulos ópticos y, por lo tanto, de los tubos fotomultiplicadores en su interior se controlan dinámicamente mediante un sistema acústico y un sistema de brújula, respectivamente. [4] En cada módulo óptico se utilizan nanobalizas para la calibración del tiempo. [5]
En la orilla de cada sitio de instalación de KM3NeT, una granja de computadoras realiza el primer filtrado de datos en la búsqueda de la señal de neutrinos cósmicos, antes de transmitir los datos a un centro de datos central de KM3NeT para su almacenamiento y posterior análisis por parte de los científicos de KM3NeT.
El emplazamiento de KM3NeT-It, a 3.400 m de profundidad, alberga el detector ARCA ( Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss ), que, con módulos ópticos más espaciados, está optimizado para la detección de neutrinos cósmicos de alta energía en el rango TeV-PeV. Sus cuerdas tienen una longitud de unos 700 m y están espaciadas entre sí 90 m.
El emplazamiento de KM3NeT-Fr, a una profundidad de 2.475 m, alberga el detector ORCA ( Oscillation Research with Cosmics in the Abyss ), un conjunto más compacto con módulos ópticos más próximos entre sí y optimizado para la detección de neutrinos en el rango de GeV. ORCA constará de 115 cadenas en una rejilla triangular de 20 m, con un espaciamiento de 9 m entre los módulos ópticos de cada cadena. En total, el conjunto tiene unos 210 m de diámetro y las cadenas tienen 200 m de longitud.
El diseño del telescopio de neutrinos KM3NeT es muy modular y su construcción puede realizarse por etapas. En 2012, comenzó la primera fase de la implementación de la instalación de investigación KM3NeT con la construcción de las infraestructuras del fondo marino en los sitios KM3NeT-Fr y KM3NeT-It. Un prototipo del módulo óptico KM3NeT tomó datos con éxito durante aproximadamente un año en 2013-2014 como parte del telescopio ANTARES . [6] En el sitio KM3NeT-It, una serie de prototipos tomó datos en 2014-2015, también durante aproximadamente un año. [7]
La primera fase de construcción ha finalizado con éxito. La segunda fase de construcción ha comenzado y comprende la finalización de los detectores ARCA y ORCA en los sitios KM3NeT-It y KM3NeT-Fr, respectivamente.
Para el diseño del detector de neutrinos, KM3NeT se basa en la experiencia del telescopio ANTARES , que estuvo en funcionamiento desde el 30 de mayo de 2008 hasta la primavera de 2022 y fue el mayor telescopio de neutrinos del hemisferio norte. Las capacidades en el hemisferio norte se complementan con el detector de volumen de gigatones del Baikal Deep Underwater Neutrino Telescope en el lago Baikal . En el hemisferio sur, en la Antártida, el observatorio de neutrinos IceCube lleva muchos años en funcionamiento.
Como experimento único en Europa y gracias al éxito de su predecesor ANTARES , KM3NeT ocupa una posición especial en el contexto europeo. A lo largo de su historia, KM3NeT ha recibido el apoyo de la Unión Europea, a través de la participación en varios proyectos europeos, pero también gracias al reconocimiento del valor de KM3NeT por parte de las instituciones europeas.
De hecho, en 2006, KM3NeT fue incluido en la hoja de ruta del Foro Estratégico Europeo sobre Infraestructuras de Investigación (ESFRI), que reconoce como prioridad la infraestructura de investigación de KM3NeT para las necesidades científicas de Europa durante los próximos 10-20 años. El apoyo fue renovado por el Consejo de la Unión Europea para el período 2019-2026. Si bien la primera fase del proyecto condujo a la ingeniería del detector modular y la construcción de prototipos, el objetivo de KM3NeT 2.0 es adaptarse a los avances científicos y tecnológicos realizados en el campo de la física de astropartículas de neutrinos. Por lo tanto, la segunda inscripción en la hoja de ruta del ESFRI reafirma el interés de KM3NeT durante su fase de construcción efectiva.
Además del Consejo, la implementación de los sitios de instalación de KM3NeT también se benefició de financiación a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) , lo que confirma el potencial económico, social y territorial de KM3NeT a nivel regional.
Además, el experimento también se benefició de diferentes financiaciones a través de programas europeos de investigación e innovación:
Por último, KM3NeT ha participado en numerosos proyectos europeos, liderados por socios de la Colaboración. Por ejemplo, KM3NeT participa en la red EMSO , proporcionando acceso a largo plazo para la investigación en ciencias de la Tierra y del Mar. KM3NeT participó en el proyecto ASTERICS [8] y sigue participando en la iniciativa europea EOSC para la ciencia abierta, así como en el proyecto ESCAPE relacionado [9] . Por último, pero no por ello menos importante, KM3NeT también participa en la ciencia ciudadana, en particular a través del proyecto REINFORCE [10] .
Estos proyectos han recibido financiación de los programas de Investigación e Innovación de la Unión Europea .
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