Йельский университет создает ключевые компоненты детектора нейтрино DUNE для регистрации частиц после прохождения 1300 км земной коры

Исследователи из Йельского университета вносят значимый вклад в создание критически важных узлов для международного проекта Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) — одной из самых масштабных и амбициозных инициатив в современной физике высоких энергий.

Проект, курируемый лабораторией Fermilab, направлен на детальное изучение нейтрино. Эти фундаментальные частицы пронизывают всё сущее, включая нашу планету и каждого человека, но при этом практически не вступают в реакцию с материей, из-за чего их поэтично именуют «частицами-призраками».

Суть эксперимента заключается в генерации мощного потока нейтрино в Иллинойсе и его «выстреле» сквозь 1300 километров земной толщи к приёмным установкам, смонтированным на дне заброшенной золотодобывающей шахты в Южной Дакоте. Размещение на глубине полутора километров критически важно: это позволяет оградить чувствительную аппаратуру от фонового космического излучения, способного исказить хрупкие результаты наблюдений.

Ключевая цель DUNE — глубокий анализ различий в свойствах нейтрино и антинейтрино. Учёные рассчитывают, что полученные данные прольют свет на одну из величайших загадок мироздания: почему после Большого взрыва во Вселенной доминирует материя, а не антиматерия.

Карстен Хигер, возглавляющий лабораторию Wright Lab при Йеле, подчеркивает историческую значимость проекта: по своим масштабам инфраструктура DUNE не имеет аналогов в истории экспериментальной физики.

В основе детекторов лежит инновационная технология жидкоаргонных камер временной проекции (TPC). Каждая такая установка массой 7 килотонн работает как высокоточный «фотоаппарат», фиксируя ионизацию атомов аргона и восстанавливая траектории пролетающих частиц в трёхмерном пространстве.

Специалисты Wright Lab в данный момент заняты сборкой «сердца» системы — панелей считывания заряда (CRPs). Именно эти электронные модули преобразуют слабые сигналы, возникающие в сжиженном аргоне, в массив цифровых данных, доступных для интерпретации.

Учитывая, что после монтажа аппаратура окажется в труднодоступных недрах шахты, где любое обслуживание невозможно, инженеры предъявляют к надежности узлов бескомпромиссные требования. Каждая панель проходит серию стресс-тестов в криогенных установках, имитирующих экстремально низкие температуры рабочего режима при полном погружении в жидкий азот.

Тайлер Стоукс, руководитель сборочного процесса в Йеле, отмечает: поскольку после транспортировки в Южную Дакоту повторная диагностика не предусмотрена, качество лабораторных испытаний становится определяющим фактором успеха всей миссии.

DUNE объединяет усилия CERN, Брукхейвенской национальной лаборатории и десятков университетов. Масштаб работ поражает: например, общая масса только стальных конструкций, опущенных в шахту для подготовки площадки, составляет порядка 10 миллионов фунтов.

Для самих исследователей этот проект стал олицетворением перехода от теоретических расчетов к грандиозным инженерным вызовам, где размер деталей детектора порой превышает габариты лабораторий, в которых они были спроектированы.

Запуск системы регистрации атмосферных нейтрино намечен на 2029 год, а полноценный старт генерации частиц на ускорителе Фермилаба ожидается к 2031 году. Успешное выполнение графика DUNE откроет перед наукой новые горизонты в понимании фундаментальной природы материи.

Источник: iXBT