Специалисты из университета Йель участвуют в создании основных деталей для детекторов Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), масштабного научного проекта в области физики элементарных частиц.

Инициатором DUNE является организация Fermilab, целью которой является исследование нейтрино – базовых строительных блоков материи, широко распространенных во Вселенной, но характеризующихся чрезвычайно слабым взаимодействием с окружающей средой. Нейтринные потоки постоянно пронизывают Землю и тело человека, практически не оказывая влияния, что обуславливает их неофициальное название «частицы-призраки».

В рамках эксперимента предполагается создание мощного нейтринного луча в штате Иллинойс с последующей направленностью на расстояние приблизительно 1300 километров через слои земли к детекторам, находящимся в заброшенном горнодобывающем комплексе Южной Дакоты. Расположение под землей требуется для защиты от космического излучения и помех, которые могут повлиять на точность получаемых данных.

Главная цель научного проекта DUNE – сопоставить характеристики нейтрино и антинейтрино, а также определить параметры их взаимодействия. Полученные сведения считаются важным источником данных для понимания дисбаланса между материей и антиматерией во Вселенной.

По словам руководителя Wright Lab при Йельском университете Карстена Хигера (Karsten Heeger), размеры подземной базы DUNE производят глубокое впечатление, что указывает на то, что это одна из самых масштабных установок в области экспериментальной физики.

MEDIASNIPER

Детекторы для проекта DUNE будут построены с использованием технологии жидкоаргонной камеры временного определения координат (Liquid Argon Time Projection Chamber, TPC) и вместят примерно 7 тысяч тонн. Внутри этой системы траектории частиц регистрируются по принципу возникновения ионизации атомов аргона и впоследствии воссоздаются в виде трехмерных изображений.

В лаборатории Wright Lab при университете Йель осуществляется сборка ключевого компонента системы обработки информации – Charge Readout Planes (CRPs), специализированных электронных устройств, выполняющих преобразование траекторий частиц в жидком аргоне в цифровой формат для последующего анализа.

Данные модули должны функционировать в крайне сложных условиях, расположенных на большой глубине под землей, где обслуживание оборудования после монтажа затруднено. В связи с этим каждый модуль проходит строгий контроль качества в криогенной камере со средой из жидкого азота, что позволяет имитировать условия работы детектора.

Как заявил Тайлер Стоукс, руководитель сборки в Йельском университете, после транспортировки оборудования в Южную Дакоту оно не будет подвергаться дополнительным проверкам до завершения монтажа. Поэтому лабораторная экспертиза становится важнейшей ступенью.

Реализация данного проекта предполагает активное международное взаимодействие с участием Европейской организации ядерных исследований (CERN), Брукхейвенской национальной лаборатории и нескольких вузов, включая Индианский университет. В рамках подготовительных мероприятий внутрь подземных туннелей были опущены значительные стальные конструкции общей массой приблизительно 4,5 миллиона килограммов.

Участники проекта отмечают, что переход от чисто теоретических изысканий к практической инженерной реализации оказался весьма показательным: габариты отдельных компонентов детектора превышают размеры лабораторий, где трудятся ученые.

Начало сбора данных об атмосферных нейтрино в эксперименте DUNE намечено на 2029 год, а первая работа пучка нейтринов через ускоритель Фермилаба – на 2031. В случае успешного выполнения проекта согласно плану, он предоставит информацию, которая может существенно продвинуть наше понимание вопроса о возникновении материи во Вселенной.