Contribuciones a la electrónica de adquisición y sincronismo del telescopio de neutrinos km3net
- Autores: David Calvo Díaz Aldagalán
- Directores de la Tesis: Juan Zúñiga Román (dir. tes.), Juan de Dios Zornoza Gómez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Francisco Díaz García (presid.), Susana Planelles (secret.), César Domingo Pardo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universitat de València (Estudi General)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
Casi todo el conocimiento que se tiene sobre el Universo se ha obtenido mediante observaciones de ondas electromagnéticas, donde se engloban ondas de radio, infrarrojos, luz visible, luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Sin embargo, además de los fotones, existen otros mensajeros cósmicos como los rayos cósmicos, los neutrinos o las recientemente descubiertas ondas gravitacionales, que pueden proporcionarnos conocimientos importantes para aumentar nuestra comprensión del Universo.
Los rayos cósmicos bombardean nuestra atmósfera continuamente desde el espacio con energías de hasta 1020 eV. A pesar de que se han conseguido grandes avances para medir y entender su espectro de energía, han transcurrido más de 100 años desde su descubrimiento sin que se conozca con certeza su origen ni los mecanismos que consiguen acelerarlos a energías tan altas.
No obstante, en la generación y aceleración de los rayos cósmicos se producen rayos gamma y neutrinos, los cuales, por su naturaleza, pueden tener un papel fundamental para revelar el origen y el mecanismo de aceleración de estas partículas.
El neutrino tiene unas propiedades especiales que lo convierten en un mensajero cósmico único. Se trata de una partícula neutra, con apenas masa y que solo interacciona con la materia a través de la interacción débil. Esto le permite viajar enormes distancias sin que su trayectoria se vea alterada, así como atravesar objetos compactos y muy densos como el interior de las estrellas. Pero esas mismas propiedades hacen que su detección sea extremadamente difícil. Es por ello por lo que los detectores de neutrinos tienen que abarcar un volumen del orden de un km3 para poder detectarlos. Además, el principio de operación de los telescopios de neutrinos basado en la detección de fotones Cherenkov hace necesario que estén ubicados dentro de un medio transparente de grandes dimensiones como puede ser el agua del fondo de los océanos, lagos profundos o el hielo antártico.
Los trabajos desarrollados en esta tesis doctoral se engloban dentro de la construcción de la infraestructura KM3NeT, una red de telescopios submarinos que estará ubicada en el fondo del mar Mediterráneo, y que una vez terminada, será el mayor telescopio de neutrinos construido hasta la fecha.
Se describe el diseño de la tarjeta electrónica principal del experimento KM3NeT, la denominada Central Logic Board donde se explica tanto el diseño como las funciones principales que dicha tarjeta desempeña. Así mismo se describen las contribuciones aportadas a la implementación de la red de sincronismo de KM3NeT. El difícil emplazamiento del experimento, así como su topología, hacen que sea necesario utilizar un robusto protocolo de sincronismo que permita obtener la resolución angular deseada.
También, en relación a la dificultad del emplazamiento del experimento, y la imposibilidad de realizar reparaciones en los módulos ópticos, la fiabilidad se convierte en un punto fundamental para garantizar la viabilidad de KM3NeT a largo plazo. Por ello, se expone de forma detallada los estudios de fiabilidad realizados a las principales tarjetas electrónicas que componen los módulos ópticos.
Finalmente, se describe el firmware desarrollado para el sistema de adquisición, donde se muestra con detalle todos los componentes del sistema de adquisición, su verificación experimental en el laboratorio, así como los resultados obtenidos in situ con las primeras líneas instaladas en el fondo del mar que confirman dicha verificación.
