Ученые приступили к тестированию прототипа детектора для масштабного научного эксперимента DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). В ходе испытаний на установку подали напряжение около 300 тысяч вольт. Проверки проходят на базе CERN во Франции и призваны подтвердить надежность критически важного компонента будущей международной исследовательской установки.
Создание однофазного детектора ProtoDUNE в ЦЕРНе. Фото: CERN / Yale University
Задачи эксперимента DUNE
Руководство проектом DUNE осуществляет Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми (Fermilab), работающая под эгидой Министерства энергетики США. Основная цель ученых — разгадать фундаментальную загадку строения Вселенной: почему после Большого взрыва материя оказалась в значительном избытке по сравнению с антивеществом. Разрешение этого вопроса поможет лучше понять природу возникновения звезд, планет и жизни как таковой.
Технологии и особенности конструкции
Испытания ведутся на полномасштабном прототипе, получившем название ProtoDUNE Vertical Drift. Инженеры отказались от использования традиционных проволочных элементов считывания данных, заменив их современными промышленными печатными платами. Такое изменение упрощает сборку детектора, минимизирует общее количество деталей и повышает эффективность регистрации взаимодействий нейтрино.
Переход к новой архитектуре создал технический вызов: электронам теперь необходимо преодолевать почти вдвое больший путь в среде жидкого аргона. Для того чтобы сигнал доходил до системы считывания без критических потерь, внутри детектора должно поддерживаться крайне мощное электрическое поле. Именно поэтому инженеры подвергают установку воздействию напряжения в 300 кВ.
Почему важна надежность
По словам Стива Кеттелла, одного из ведущих технических специалистов проекта, команда сознательно тестирует систему в предельных режимах. Выявление потенциальных электрических пробоев на этапе проектирования необходимо для того, чтобы гарантировать стабильную работу оборудования на протяжении десятилетий.
Столь высокий запас прочности продиктован условиями эксплуатации: после финальной сборки детекторы DUNE будут погружены на глубину 1,5 километра в лабораторию Sanford в Южной Дакоте. После заполнения огромных резервуаров жидким аргоном обслуживание внутренних узлов станет практически невозможным, поэтому любые недочеты должны быть устранены заранее.
Что ждет исследователей
Работая в штатном режиме, DUNE будет улавливать редчайшие случаи столкновений нейтрино с атомами аргона, что позволит ученым детально анализировать энергию, тип и траекторию этих частиц. Также установка способна выступать в роли детектора сверхновых: она зафиксирует поток нейтрино от взрыва массивной звезды еще до того, как до Земли дойдет электромагнитное излучение, обеспечивая своего рода «систему раннего предупреждения» для астрономов.
Тестирование в CERN продлится до осени. Если прототип успешно пройдет проверку под высоким напряжением, данная технология будет официально утверждена как основа для строительства финальной версии DUNE, который станет одним из самых значимых физических экспериментов современности.
