Исследователи из Йельского университета вносят существенный вклад в создание ключевых узлов международного научного проекта DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Это масштабная инициатива, направленная на изучение нейтрино — загадочных элементарных частиц, которые практически не взаимодействуют с веществом, пронизывая всё вокруг, включая планету и человеческое тело.
Координацией проекта занимается Fermilab. В рамках эксперимента учёные планируют создать мощный пучок нейтрино в штате Иллинойс, который преодолеет 1300 км сквозь земную кору. Принимать этот поток будет детектор, расположенный в заброшенной золотодобывающей шахте в Южной Дакоте на глубине 1,5 км. Столь глубокое размещение необходимо для минимизации помех от космического излучения и фоновых сигналов.
Главная научная цель DUNE — детальное сравнение свойств нейтрино и антинейтрино. Полученные данные могут пролить свет на фундаментальную космологическую загадку: почему в нашей Вселенной материя доминирует над антиматерией.
Фото: Yale
Карстен Хигер, руководитель лаборатории Wright Lab при Йельском университете, отмечает беспрецедентный масштаб инфраструктуры DUNE, которую можно считать одной из самых значимых установок за всю историю экспериментальной физики.
Технология детекции и роль Йеля
В основе детекторов DUNE лежит технология жидкоаргонных камер временной проекции (Liquid Argon TPC). Масса каждой такой установки составит около 7 килотонн. При прохождении частиц через жидкий аргон происходит ионизация его атомов, что позволяет восстановить трёхмерную траекторию движения частицы.
Специалисты лаборатории Wright Lab в Йеле занимаются сборкой важнейшего элемента системы — электронных панелей считывания заряда (Charge Readout Planes, CRP). Именно они отвечают за преобразование следов ионизации в цифровые данные для последующего научного анализа.
Испытания в экстремальных условиях
Поскольку оборудование будет эксплуатироваться глубоко под землей, где техническое обслуживание практически невозможно, к его надежности предъявляются экстремальные требования. Перед отправкой каждый модуль проходит строгие испытания в криогенной камере, где его погружают в жидкий азот для имитации рабочих температур детектора.
Тайлер Стоукс, ответственный за сборку в Йеле, подчёркивает, что лабораторные тесты являются критическим этапом, так как после доставки в шахту повторная проверка оборудования не предусмотрена.
Проект объединяет усилия крупнейших научных институтов, включая CERN, Брукхейвенскую национальную лабораторию и Индианский университет. Масштабы работ впечатляют: для создания инфраструктуры в шахты уже спущены стальные конструкции общим весом около 10 миллионов фунтов.
Запуск системы для регистрации атмосферных нейтрино намечен на 2029 год, а полноценная работа с пучком от ускорителя Фермилаба планируется на 2031 год. Успешная реализация DUNE может стать ключом к разгадке происхождения материи во Вселенной.
