Un grupo de investigación del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València) ha realizado la primera medida de larga duración de los neutrones ambientales en la sala A del Laboratorio Subterráneo de Canfranc (LSC). Para ello se ha utilizado el innovador espectrómetro High Efficiency Neutron Spectrometry Array, HENSA. El objetivo de este estudio es conocer la cantidad de neutrones ambientales y su evolución en el tiempo, dado que estos podrían interferir en el resto de experimentos que se desarrollan en el laboratorio.  Los resultados de este trabajo han sido publicados en el European Physical Journal C. La medida ha involucrado investigadores del IFIC-Valencia, UPC-Barcelona, UCM-Madrid, HDZR-Dresden (Alemania) y TRIUMF-Vancouver (Canadá).

Los laboratorios subterráneos están dedicados a la realización de una gran variedad de experimentos que tienen en común una tasa de contaje extremadamente baja, es decir, que no suceden con gran frecuencia. En estos laboratorios se llevan a cabo desde investigaciones en astrofísica nuclear y en física de astropartículas, hasta estudios biológicos y geológicos. Generalmente se ubican bajo una montaña para que la roca actúe como capa protectora con el fin de evitar que lleguen a su interior partículas no deseadas procedentes de los rayos cósmicos, aunque no es totalmente impenetrable. Por eso estas localizaciones proporcionan un ambiente de muy bajo fondo radiactivo. Además, en el interior de los laboratorios queda la radioactividad natural de la roca que produce otras partículas que pueden interferir en el resto de detectores. Para mejorar la calidad de estas investigaciones es fundamental contabilizar el ruido de partículas no deseadas que se cuelan en las salas del laboratorio.

En el caso de este estudio, la medida de neutrones realizada por HENSA en la sala A del LSC, se ha llevado a cabo de manera continuada entre octubre de 2019 y marzo de 2021 durante un total de 412 días. Debido a la gran penetrabilidad de los neutrones, estos constituyen la limitación más importante para muchos experimentos de baja estadística. Por esa razón la presente medida es relevante para los experimentos de baja tasa de contaje que se desarrollan en el LSC.

Sonja Orrigo, investigadora del IFIC y primera autora del estudio, nos explica que “esta es la primera vez que se lleva a cabo, en un laboratorio subterráneo, una medida de larga duración de los neutrones ambientales con sensibilidad para detectar neutrones en un rango de energías tan amplio, desde los neutrones térmicos, es decir, de bajas energías hasta los de altas energías. Además, el estudio investiga su correlación con los datos de las variables ambientales (concentración del gas radón, humedad, temperatura y presión del aire) medidas en el mismo periodo dentro de la sala A del LSC”.

“En la medición se ha observado que la tasa de los neutrones de baja energía es más influenciada por las condiciones ambientales de la sala, mientras que la tasa de los neutrones de altas energías se mantiene constante en el tiempo. Esta es una conclusión importante para los experimentos de astropartículas, donde estos neutrones más energéticos pueden constituir un fondo crítico” afirma Orrigo.

Desde hace más de diez años el grupo de investigación del IFIC está trabajando para realizar este tipo de medidas en el LSC. José Luis Taín, investigador del IFIC e impulsor de este proyecto asegura que “el novedoso espectrómetro HENSA incluye importantes mejoras que permiten la obtención de una mayor sensibilidad tanto de los neutrones de altas como bajas energías en comparación con las primeras medidas que se obtuvieron en la primera recogida de datos en 2011”.

“Los resultados evidencian la necesidad de llevar a cabo un monitoreo continuo y con sensibilidad al espectro de neutrones, puesto que la distribución energética de los neutrones ambientales puede ser influenciada por modificaciones de las condiciones en la sala de medida, de una manera difícil de prever”, apunta Ariel Tarifeño-Saldivia, investigador del IFIC y coordinador del proyecto HENSA.

Actualmente la colaboración HENSA sigue midiendo en las salas experimentales A y B del LSC para evaluar el posible impacto en los experimentos que operan en ese laboratorio.

Referencias:

“Long-term evolution of the neutron rate at the Canfranc Underground Laboratory”,
S.E.A. Orrigo et al., Eur. Phys. J. C 82, 814 (2022), https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-10755-6

HENSA project: www.hensaproject.org/