В подземной лаборатории SURF, расположенной в Южной Дакоте, началась сборка криостатов для международного нейтринного эксперимента DUNE. Эти огромные теплоизолированные резервуары предназначены для поддержания низкой температуры жидкого аргона, что является ключевым фактором для регистрации нейтрино — элементарных частиц, обладающих крайне малой массой и не имеющих электрического заряда. О начале этих работ сообщило CERN.
Сборка первого криостата стартовала в начале ноября. Работы проходят на глубине около 1478 метров, что является новым этапом в создании DUNE. Подземные помещения для установки оборудования были подготовлены заранее, что позволяет командам CERN, Fermilab и SURF эффективно приступать к реализации проекта.
Каждый из двух резервуаров способен вместить около 17 тысяч тонн жидкого аргона. Размеры одного криостата внушительны: его длина составляет почти 66 метров, ширина — около 19 метров, а высота — более 18 метров. Для возведения двух криостатов используется 2600 стальных балок общей массой примерно 6200 тонн, которые были предоставлены CERN.
Европейская организация отвечает за проектирование, организацию строительства и логистику, а SURF обеспечивает доставку необходимого оборудования под землю. Ожидается, что сборка второго резервуара начнется в 2027 году.
DUNE ставит перед собой задачу изучения нейтрино, которые крайне редко взаимодействуют с веществом. Важно отметить, что многие из этих частиц проходят сквозь людей, здания и даже земную толщу, не оставляя следа. Чтобы зафиксировать хотя бы малую часть взаимодействий нейтрино с аргоном, ученым необходимы массивные детекторы.
Жидкий аргон будет выступать в качестве вещества для регистрации взаимодействий. При столкновении нейтрино с атомами аргона могут появляться заряженные частицы. Оборудование DUNE будет записывать их следы, что позволит исследователям восстановить характеристики произошедшего события.
Размещение установки на большой глубине способствует уменьшению фонового воздействия космических лучей, которые могут мешать наблюдениям. Источник пучка нейтрино будет находиться в Fermilab, штат Иллинойс. Ускоритель будет направлять протоны в мишень, и при столкновениях будут образовываться другие частицы, распады которых дают нейтрино. Этот метод получения нейтринных пучков уже активно используется в различных физических экспериментах.
Ближний детектор будет измерять характеристики пучка нейтрино вблизи источника, после чего частицы пройдут около 1300 километров через земную толщу до дальних детекторов в SURF. При этом отдельный тоннель на пути нейтрино не потребуется.
Сравнение измерений поможет изучить нейтринные осцилляции, то есть переходы нейтрино из одного типа в другой во время их движения. Ученые намерены выяснить, отличаются ли эти превращения у нейтрино и антинейтрино. Такие различия могут быть важны для понимания того, почему в нашей Вселенной вещество преобладает над антивеществом.
Кроме того, DUNE будет способен наблюдать нейтрино природного происхождения, в том числе выделяющиеся при взрывах сверхновых. Подготовка подземных пространств планируется завершить к 2029 году, а установка детекторов — к 2030 году. После этого эксперимент сможет начать наблюдения за природными нейтрино. Первое поступление пучка из Fermilab ожидается в 2031 году. Однако до начала полноценной работы эксперимента ещё предстоит выполнить монтаж детекторов, создание криогенных систем и проверку всего оборудования.