Коллаборация DUNE готова увеличить массовое производство первого модуля детектора

30 марта 2023 г. | Диана Квон

Быстро продвигается подготовка к строительству первого детекторного модуля «Глубокого подземного нейтринного эксперимента». Члены международной коллаборации DUNE начали финальные испытания компонентов детектора, которые будут отправлены в Южную Дакоту. Там они станут частью единственного в своем роде эксперимента, призванного изучить некоторые из самых неуловимых частиц во Вселенной: нейтрино.

DUNE — эксперимент, направленный на изучение природы нейтрино. Ученые надеются, что раскрытие тайн этих частиц прольет свет на некоторые из величайших загадок физики, например, на то, почему Вселенная состоит из материи и как нейтронные звезды и черные дыры образуются после взрыва звезд.

DUNE, размещенная на базе Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США, будет размещена в двух местах: на площадке Фермилаб в Иллинойсе и в Подземном исследовательском центре Сэнфорд в Южной Дакоте. Дальний детектор, огромная конструкция, которая, как предполагается, в конечном итоге будет состоять из четырех модулей, будет расположен на глубине 1,5 километров под землей в SURF. Каждый модуль будет представлять собой камеру проекции времени с жидким аргоном, или LArTPC, рассчитанную на 17 000 тонн аргона — элемента, обычно встречающегося в воздухе, который идеально подходит для изучения нейтрино.

Строительство проволочных плоскостей, называемых сборками анодных плоскостей, ведется в лаборатории Дарсбери в Великобритании. Лаборатория отправит 136 APA в Южную Дакоту для глубоко подземного эксперимента с нейтрино. Фото: коллаборация DUNE

Первый модуль детектора DUNE, который будет построен в SURF, будет использовать технологию горизонтального дрейфа. Когда нейтрино сталкиваются с атомами аргона внутри модуля, они образуют заряженные частицы. Эти заряженные частицы выбивают электроны, проходя через аргон. Электроны притягиваются сильным электрическим полем к узлам плоскостей анода, или APA, которые фиксируют проекцию того, где были произведены электроны. Измеряя время попадания электронов в APA, ученые могут реконструировать трехмерные треки частиц.

После завершения первый модуль детектора будет содержать 150 APA, каждый из которых представляет собой большую прямоугольную плоскость размером примерно 2,3 х 6 метров и состоит из плотно намотанных медно-бериллиевых проводов. «Мы собираемся эффективно оклеить стену сеткой из проводов», — сказал Джастин Эванс, профессор физики Манчестерского университета. Он возглавляет усилия по созданию APA в Великобритании.

Технология первого модуля была успешно протестирована в уменьшенной версии под названием ProtoDUNE на нейтринной платформе ЦЕРН в 2019 году. Хотя он составлял лишь одну двадцатую размера последнего модуля детектора DUNE, он все же оставался самым большим LArTPC, когда-либо построенным. и оперировал.

«Это был первый раз, когда мы в Великобритании построили такую ​​проволочную сеть и получили от нее данные», — сказал Эванс. «И они прекрасно сработали».

Прототип горизонтального дрейфа не только доказал, что технология детектора будет работать, но и показал, где можно внести улучшения в конструкцию. Имея это в виду, ученые разработали ProtoDUNE II, модернизированный прототип, который в этом году пройдет испытания в ЦЕРНе.

«При создании прототипа всегда можно извлечь уроки», — сказал Томас Вибер, руководитель группы установки в ЦЕРНе. «Мы хотим доказать, что то, что, по нашему мнению, будет работать лучше, на самом деле работает лучше».

Ученые DUNE также работают над разработкой технологии детектора вертикального дрейфа, который планируется использовать для второго модуля дальнего детектора. В ЦЕРНе также ведется подготовка к тестированию новой технологии в отдельном прототипе детектора, известном как модуль вертикального дрейфа-0.

Тестирование всех аспектов сборки модуля горизонтального дрейфа также предполагает гарантию того, что все компоненты детектора, поставляемые сотрудниками DUNE со всего мира, будут доставлены в целости и сохранности. Чтобы этот процесс прошел гладко, ProtoDUNE II также послужил испытательным стендом для процесса установки. Группы, занимавшиеся производством компонентов детектора, собрали все свои тестовые детали в ЦЕРНе, чтобы собрать и протестировать прототип.