В рамках международного эксперимента инженеры разрабатывают системы считывания данных для огромных подземных детекторов, установленных в бывшей шахте на глубине около 1,5 км
Наука и космос051 минуту назад
Учёные из Йельского университета участвуют в создании ключевых компонентов для детекторов международного проекта Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), который является одним из крупнейших экспериментов в современном изучении элементарных частиц.
Проект DUNE, координируемый Fermilab, направлен на исследование нейтрино — элементарных частиц, которые являются одними из самых распространённых в Вселенной, но слабо взаимодействуют с материей. Потоки нейтрино постоянно проходят сквозь Землю и человеческое тело практически без взаимодействия, что и приводит к их названию «частицы-призраки».
В рамках эксперимента планируется создать мощный пучок нейтрино в штате Иллинойс и направить его на расстояние около 1300 километров через земную кору к детекторам, расположенным в заброшенной золотодобывающей шахте в Южной Дакоте на глубине около 1,5 км. Подземное размещение необходимо для защиты от космического излучения и фоновых сигналов, которые могут исказить результаты измерений.
Основная научная задача DUNE заключается в сравнении поведения нейтрино и антинейтрино, а также восстановлении параметров их взаимодействий. Эти данные рассматриваются как один из ключевых источников знаний о том, почему во Вселенной наблюдается преобладание материи над антиматерией.
Как отметил руководитель Wright Lab Йельского университета Карстен Хигер (Karsten Heeger), масштаб подземной инфраструктуры DUNE производит глубокое впечатление, подчеркнув, что это одна из самых крупных установок в истории экспериментальной физики.
Детекторы DUNE будут использовать технологию жидкоаргонной камеры временной проекции (Liquid Argon Time Projection Chamber, TPC) с весом около 7 килотонн. Внутри такой системы следы движущихся частиц фиксируются через ионизацию атомов аргона и реконструируются в виде трёхмерных траекторий.
В Йеле, в лаборатории Wright Lab, в настоящее время собирают центральный элемент системы обработки сигналов — Charge Readout Planes (CRPs), специальные электронные панели, которые преобразуют следы частиц в жидком аргоне в цифровые данные, пригодные для анализа.
Эти панели должны функционировать в экстремальных условиях глубоко под землёй, где доступ к оборудованию после установки практически невозможен. Поэтому перед отправкой каждый модуль проходит строгие испытания в криогенной камере с полным погружением в жидкий азот, имитирующем низкие температуры детектора.
По словам Тайлера Стоукса (Tyler Stokes), возглавляющего сборку в Йеле, после отправки в Южную Дакоту оборудование не будет подвергаться повторным испытаниям до момента полной установки, что делает лабораторные проверки критически важным этапом.
Проект осуществляется в рамках тесного международного сотрудничества, в котором участвуют CERN, Брукхейвенская национальная лаборатория и ряд университетов, включая Индианский университет. Некоторые элементы инфраструктуры, включая массивные стальные конструкции весом около 10 миллионов фунтов, были спущены в подземные шахты в ходе подготовительных работ.
По словам участников проекта, переход от теоретической физики к инженерной реализации оказался особенно наглядным: отдельные элементы детектора по своим размерам превышают размеры лабораторий, где работают исследователи.
Запуск регистрации атмосферных нейтрино в DUNE запланирован на 2029 год, в то время как первый запуск пучка нейтрино через ускоритель Фермилаба — на 2031 год. Если проект будет реализован в соответствии с графиком, он предоставит данные, которые могут приблизить понимание фундаментального вопроса о происхождении материи во Вселенной.
Darth SaharaИсточники:interestingengineeringНаука и космос0НейтриноФизика элементарных частицУскорители частицCERNФундаментальная физикаДетекторыФермилабДетектор DUNEЙельский университет51 минуту назад
Источник