Поток нейтрино впервые отправят сквозь Землю на 1300 километров
Американские ученые работают над ключевыми компонентами для детекторов международного эксперимента DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Это один из самых масштабных проектов современной физики частиц, призванный разгадать тайны нейтрино — самых распространенных, но при этом самых неуловимых частиц во Вселенной.
Загадочные нейтрино
Нейтрино постоянно пронизывают наши тела триллионами в секунду, летя почти со скоростью света. Эти «призрачные» частицы обладают ничтожно малой массой и почти не взаимодействуют с обычным веществом, что делает их крайне сложными для изучения.
Как устроен эксперимент
DUNE будет генерировать мощный пучок нейтрино на ускорителе Fermilab в Иллинойсе и направлять его на расстояние 1300 километров прямо через земную кору к гигантским детекторам, расположенным на глубине почти 1,5 километра в старой золотой шахте в Южной Дакоте.
Детекторы будут фиксировать нейтрино, приходящие от Солнца, рождающиеся в атмосфере Земли, а также те, что придут по искусственному пучку. Главная научная цель — понять поведение нейтрино и антинейтрино. В перспективе эти данные могут помочь объяснить, почему во Вселенной преобладает обычная материя, а не антивещество.
«Когда я увидел подземные сооружения DUNE, меня поразил их масштаб. Это действительно впечатляет», — рассказал профессор физики и директор Wright Lab Карстен Хигер.
Задача йельской команды
В лаборатории Wright Lab ученые собирают Charge Readout Planes (CRP) — большие считывающие платы, которые станут центральной «нервной системой» 7-килотонного детектора на жидком аргоне. Эти платы должны улавливать следы пролетающих нейтрино и превращать их в данные, понятные компьютерам.
Поскольку после установки на огромной глубине исправить что-либо будет практически невозможно, все компоненты проходят очень жесткие испытания. Их полностью погружают в жидкий азот, имитируя экстремально низкие температуры будущих детекторов.
«После отправки платы больше не будут проходить криогенные испытания до момента установки. Поэтому именно эта проверка имеет решающее значение», — отметил руководитель сборочной команды Тайлер Стоукс.
Сборка идет в тесном международном сотрудничестве с учеными из CERN, Брукхейвенской национальной лаборатории и Университета Индианы.
Масштаб проекта
DUNE — это настоящий инженерный шедевр. Летом инженеры начали опускать в шахту десятки миллионов фунтов стальных конструкций, которые предоставил европейский CERN. Для Европы это первый случай, когда они финансируют инфраструктуру за пределами континента.
Для молодых исследователей работа над проектом стала важным опытом.
«Стоять в огромной пещере, где скоро разместят детектор, — одно из самых ярких впечатлений за всю мою аспирантуру. Спуск на глубину почти полтора километра превратил абстрактные формулы в нечто реальное», — поделился аспирант Рохит Раут.
Когда ждать результатов
Первые данные от атмосферных нейтрино детекторы начнут собирать в 2029 году. Полноценные эксперименты с нейтринным пучком из Фермилаба запустят в 2031 году.
Если все пойдет по плану, DUNE поможет ответить на один из фундаментальных вопросов мироздания: почему наша Вселенная состоит преимущественно из материи. Этот проект уже сейчас объединяет сотни ученых из разных стран и демонстрирует, как современная физика сочетает сложнейшие технологии с глубокими философскими вопросами о происхождении Вселенной.
