Case Study Opera Gran Sasso El Leica TDA5005 alinea la mayor cámara fotográfica del mundo.

Transcripción

1 Case Study Opera Gran Sasso El Leica TDA5005 alinea la mayor cámara fotográfica del mundo.

2 150 físicos, 36 instituciones de 13 países y un presupuesto de 120 millones de euros: Opera es un proyecto internacional en colaboración con el CERN y con la participación del CNRS (Centro Nacional de Investigaciones Científicas, por sus siglas en francés), cuyo objetivo es reproducir en la Tierra, en condiciones conocidas, un fenómeno de transformación natural de neutrinos muón en neutrinos tau. El objetivo primordial consiste en validar un modelo teórico que corrobore la teoría la unificación de la física. 7 m 6.7 m «Esta investigación puede parecer esotérica, pero en principio se presenta como muy práctica y experimental. Engloba dos grandes desafíos tecnológicos para obtener una precisión micrométrica en un objetivo de 1300 toneladas. Al mismo tiempo se trata de saber de qué está hecha la materia y qué papel han podido jugar estas misteriosas partículas durante los primeros instantes del Universo» explica Dario Autiero, físico del Instituto de física nuclear de Lyon (Cnrs) y responsable del grupo de investigación de los neutrinos. En el marco de esta investigación se ha instalado un detector de neutrinos en el laboratorio nacional de Gran Sasso, el mayor laboratorio subterráneo del mundo que cubre una superficie de m2. Un lugar seleccionado porque los metros de rocas que le rodean protegen al detector de los rayos cósmicos que podrían contaminar las mediciones. Los neutrinos atrapados por el grupo de investigadores han sido producidos especialmente en el CERN, el centro europeo de investigación nuclear, instalado bajo la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, donde un acelerador proyecta protones sobre un objetivo de grafito. Las partículas producidas son conducidas inmediatamente a un tubo al vacío de un kilómetro, dirigido hacia el detector, donde se desintegran y producen miles de millones de neutrinos por segundo. Posteriormente, estos neutrinos muón salen en línea recta... a través de la Tierra. Puesto que el neutrino es un verdadero fantasma. En general, atraviesa la Tierra entera a la velocidad de la luz. Por esta razón alcanzan el detector en 2,4 milésimas de segundo, después de haber atravesado 730 km de rocas. La mayoría de estos neutrinos se encuentra en el mismo estado que durante su formación. Pero algunos de ellos han cambiado de naturaleza y se han convertido en neutrinos tauónicos. Dario Auterio añade: «Esta extraña transformación es el resultado de una especie de oscilación espontánea entre los dos estados. Y por el momento, si bien la teoría más reciente explica bien esta oscilación, sólo la hemos podido demostrar mediante un déficit de neutrinos muónicos en función de una fuente de neutrinos conocida. Para poder estar completamente seguros y estudiarlos bien, necesitamos una prueba directa de la oscilación por la detección de neutrinos tauónicos. Esto puede parecer un simple juego experimental, pero la oscilación exige que el neutrino tenga una masa, por muy pequeña que sea, si bien es cierto que durante mucho tiempo creíamos que no la tenía, como sucede con los fotones. Es una nueva dimensión del concepto que tenemos de las partículas elementales y de las leyes fundamentales de la Naturaleza. Además, el neutrino está vinculado al gran misterio de la asimetría materia-antimateria en el Universo. Por el momento, los primeros

3 Abajo, uno de los ladrillos a colocar en la inmensa estructura todavía vacía en la foto central. Foto derecha, robot encargado de la precisa colocación de los ladrillos. neutrinos detectados son muón, pero disponemos de algunos años para lograr nuestro objetivo.» Se ha equipado una galería especial para Opera en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso con el fin de instalar el captador, o inmensa cámara fotográfica, que recibe el flujo de haz procedente del CERN. Este captador permitirá seguir y fotografiar la creación de los neutrinos tauónicos producidos por la interacción del haz del CERN con el captador. Dos imanes y ladrillos (un muro de 52 x 64 ladrillos) que pesan un total de toneladas componen el captador. Cada ladrillo está compuesto de 56 capas de 1 mm de grosor con planchas de plomo y películas fotográficas intercaladas. Debido a la sensibilidad de las películas fotográficas, se ha instalado una fábrica de ladrillos in situ, en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso. Ésta se encarga de ensamblar y acondicionar las películas fotográficas con las planchas de plomo para producir los famosos ladrillos, elementos básicos del captador, a razón de ladrillos como máximo por día. En el interior de estos ladrillos es precisamente donde tienen lugar los acontecimientos que serán fotografiados y analizados posteriormente por los investigadores. ha durado varios años y ha requerido una precisión extrema en el posicionamiento y ensamblaje de sus componentes. La investigación de un medio de medición adaptado se ha logrado en varias etapas con un pliego de condiciones muy preciso: «el medio de medición no sólo debía permitir la instalación de un captador con una alineación muy precisa, sino también participar activamente en el control final midiendo la posición de todos los componentes con el fin de realizar correcciones constantes del software durante la construcción del captador. En efecto, a medida que se colocaron los ladrillos, la estructura quedaba lastraba bajo el peso de miles de toneladas. La precisión requerida por el seguidor, los ladrillos y las estructuras se fijó en 1 mm, la del seguidor de imanes en 0.3mm todo en un volumen de 10 x 10 x 20 m! Las mediciones necesarias en la instalación requerían la adquisición de un instrumento polivalente, de manejo sencillo y capaz de cumplir diferentes misiones. En colaboración con el equipo de alineación del CERN y los representantes locales de Hexagon Metrology, se realizaron una serie de ensayos para validar la utilización de la estación Leica TDA 5005 como instrumento que satisfacía los requisitos del pliego de condiciones. El análisis de costes de un servicio de medición a esta escala (todos los días durante los 2 años de instalación del aparato) ha corroborado con mucha rapidez la necesidad de invertir en un equipo interno. De esta forma el personal podía trabajar con total autonomía, a su ritmo, integrando las limitaciones de flexibilidad necesarias para este tipo de cometido. De este modo, una estación láser Leica TDA5005 estuvo vinculada directamente desde el principio con todo el sistema global de referencia del proyecto Opera. Un robot manipulador, que conoce exactamente la posición a través de unas marcas de referencia, se encarga de colocar cada uno de los ladrillos en este enorme mosaico que tiene que construir. El captador del laboratorio de Gran Sasso es la cámara fotográfica más grande jamás construida en el mundo. Su instalación Cientos de puntos de referencia magnéticos constituyen la base de medición fotogramétrica del sistema. Soporte con punto de referencia muy preciso

4 Para implantar los componentes e instalar la máquina, se instaló una red de puntos de referencia en la sala de ensayos. De este modo se implantaron varios cientos de puntos en los muros, suelos, sobre la máquina para permitir trabajar a la máquina en todo momento con el sistema de referencias de la instalación. A partir del software Axyz y de su algoritmo bundle (o ajuste del haz) se ha podido consolidar una quincena de estaciones instrumentales en el sistema de referencia global con una incertidumbre de aprox. 0.1 mm. Este excelente logro ha sido posible a varios factores entre los que cabe resaltar un muy buen comportamiento del instrumento, un laboratorio con una extraordinaria estabilidad térmica y vibratoria, así como una excelente metodología de medición y una extraordinaria destreza de los usuarios. El Leica TDA5005 permite realizar las siguientes tareas en el proyecto Opera instalación de piezas primarias de la máquina ensamblaje de los elementos entre sí reglaje de los elementos entre sí alineación de la máquina y sus accesorios seguimiento periódico del control de la geometría de la máquina mantenimiento preventivo y correctivo de la instalación La instalación de los carriles que permiten que el robot se desplace con precisión ha podido ser optimizada también gracias a las mediciones del Leica TDA5005 mediante la fabricación de múltiples accesorios por parte de los usuarios del sistema. De esta forma se han podido realizar algunas constataciones durante la instalación. El responsable del proyecto de alineación de Opera resume: «numerosos ensamblajes muy precisos constituyen el proyecto Opera, que es una experiencia monumental y única. Debíamos confiar en los ensamblajes y en los conocimientos de alineación final de todos los componentes sometidos a un uso intenso y una vigilancia intensificada. Además, teníamos que realizar mediciones de todo tipo de manera flexible y sobre todo aptas para ser desarrolladas sin tener que interferir prácticamente en la instalación. El Leica TDA5005 nos ha permitido desarrollar competencias a nivel interno y definir nuestras propias técnicas y procedimientos sin necesidad de recurrir a colaboradores externos caros y a menudo poco eficaces. De esta forma hemos convertido el Leica TDA5005 en un útil de trabajo completo, realizando nosotros mismos, entre otros, miles de mediciones, adquiriendo numerosas pequeñas experiencias en metrología. De esta forma hemos desarrollado los accesorios necesarios parar crear una interfaz con la máquina y medir con muchísima precisión las características que nos interesaban. El sistema, preciso y fácil de manejar al mismo tiempo, satisface totalmente nuestras necesidades». El Sr. Auterio continua y concluye: «Este proyecto se ha beneficiado de la presencia global de nuestros interlocutores, primero de Leica Geosystems y después de Hexagon Metrology. La experiencia de colaborar con un grupo internacional es realmente positiva. Hemos podido contar en todo momento con la delegación de Lyon y la colaboración del equipo italiano sobre el terreno.» Para el próximo proyecto de física nuclear global en Japón, al Sr. Auterio le complace poder contar desde este mismo instante con la profesionalidad y los conocimientos de Leica Geosystems en las filiales y en los colaboradores japoneses del grupo Hexagon Metrology. Hacer negocios con un grupo presente en los 5 continentes constituye definitivamente un argumento de peso a la altura de proyectos de la envergadura del proyecto Opera o de los proyectos sucesivos. Anne Willimann

5 Se han desarrollado numerosos soportes con punto de referencia en el proyecto Opera con el fin de efectuar las los miles de mediciones necesarias con la máxima precisión posible. Nos hemos convertido en verdaderos expertos en metrología en un espacio de tiempo de tres años, apunta el Sr. Auterio precisando que El sistema, su modularidad, su carácter multidisciplinar y su formato portátil satisface totalmente nuestras elevadas exigencias. Sabía Ud. que? Reconstrucción de la colisión de un neutrino captado en un ladrillo y analizado por un laboratorio del proyecto Opera equipado con microscopios automáticos para descifrar estas imágenes y medir los parámetros físicos de interés. Los neutrinos son probablemente las partículas elementales más numerosos del Universo y, no obstante, las más difíciles de estudiar debido a su carácter extremadamente tímido. Los neutrinos interactúan tan sólo muy débilmente con la materia y pueden atravesar la Tierra entera, siendo ésta prácticamente transparente para ellos. Los neutrinos disponen de una preciada información sobre la formación y la evolución del Universo, por ejemplo sobre la prevalencia de la materia ante la antimateria o incluso sobre la evolución y la extinción de las estrellas. Las propiedades de los neutrinos constituyen una oportunidad única para poder explicar cómo unificar las leyes básicas de la física en una única ley fundamental (teoría de la gran unificación), objetivo y mayor sueño de los físicos.

6 Al construir el automóvil más veloz, la aeronave más grande o la herramienta más precisa, se requieren mediciones exactas para incrementar la calidad y la productividad. Por eso, cuando se debe estar en lo cierto, los profesionales confían en los productos de metrología de Leica Geosystems para que les ayuden en la adquisición, el análisis y la presentación tridimensional (3D) de datos para aplicaciones industriales. Leica Geosystems Metrology es muy conocida por su amplia gama de productos para mediciones de control e industriales, incluyendo teodolitos y estaciones totales industriales de alta precisión, laser trackers y sistemas MMC portátiles basados en 6 grados de libertad (6GDL). Entre los últimos se incluyen el palpador manual sin brazo Leica T-Probe, el escáner láser manual Leica T-Scan y el dispositivo de seguimiento Leica T-Mac para aplicaciones automatizadas. Leica Geosystems también ofrece una amplia serie de soluciones de software de metrología 3D. Quienes a diario utilizan productos de metrología de Leica Geosystems confían en ellos por su fiabilidad, por el valor que ofrecen y por el excelente servicio y soporte técnico con los que cuentan. Precisión, fiabilidad y servicio de los productos de metrología de Leica Geosystems. Leica Geosystems Metrology Products Mönchmattweg 5 CH-5035 Unterentfelden Suiza Tel Fax Hexagon AB Reservados todos los derechos.