Испытания детектора CERN: выдержит ли 300 тысяч вольт ради работы на глубине полтора километра

Исследователи приступили к активной фазе испытаний макета детектора для перспективной научной программы DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), подав на него колоссальное напряжение порядка 300 киловольт. Процесс тестирования развернулся на базе европейского центра CERN во Франции, а его главная цель — подтвердить безупречную надежность базового узла одного из масштабнейших мировых нейтринных исследований.

Масштабный проект курирует Национальная ускорительная лаборатория им. Ферми (Fermilab), действующая при поддержке Министерства энергетики США. Ключевая миссия ученых — разгадать фундаментальную тайну дисбаланса материи и антиматерии, возникшего сразу после рождения Вселенной. Разгадка этого феномена прольет свет на причины зарождения звезд, планетных систем и самой жизни.

Проверки проходят на полноразмерном экспериментальном образце ProtoDUNE Vertical Drift. Инженерная группа отказалась от привычных проволочных сенсоров, отдав предпочтение современным печатным платам промышленного образца. Подобный подход не только упрощает серийный выпуск устройств и сокращает номенклатуру деталей, но и повышает точность фиксации реакций неуловимых частиц.

Вместе с тем новая архитектура потребовала преодолеть определенный нюанс: электронам теперь необходимо преодолевать почти вдвое более длинный отрезок пути сквозь жидкий аргон до считывающих модулей. Для безупречной трансляции сигнала без затухания внутри камеры требуется колоссальное электростатическое поле, что и обусловило необходимость тестирования установки при потенциале около 300 кВ.

Как поясняет один из ведущих инженеров проекта Стив Кеттелл, специалисты намеренно выводят аппаратуру на запредельные режимы функционирования. Возможные локальные пробои в ходе испытаний позволят заблаговременно обнаружить уязвимости конструкции, гарантируя ее бесперебойную работу на протяжении многих десятилетий.

Столь внушительный запас прочности критически важен, ведь готовый комплекс DUNE смонтируют на глубине полутора километров в недрах подземной лаборатории Sanford в американской Южной Дакоте. После того как герметичные резервуары заполнят сжиженным аргоном, физический доступ к узлам станет практически невозможным, поэтому все потенциальные риски необходимо исключить заранее.

В штатном режиме DUNE будет фиксировать редчайшие акты столкновения нейтрино с аргоновыми ядрами, вычисляя траектории, энергетические параметры и разновидности этих частиц. Помимо этого, обсерватория сможет фиксировать нейтринные потоки от вспышек сверхновых звезд еще до того, как оптическое излучение достигнет Земли, что даст астрономам шанс заблаговременно получать оповещения о космических катаклизмах.

Процедуры верификации в CERN продлятся до наступления осени. В случае успешного прохождения столь жесткого испытания высоким напряжением, опробованная конфигурация ляжет в основу финального варианта детектора DUNE, призванного стать краеугольным камнем физики высоких энергий в обозримом будущем.

* Деятельность организации «Yale University («Йельский Университет»), США» признана нежелательной на территории РФ

Источник: iXBT