Suurimate neutrinoandmete muundamine maailmas

Roheline Energia - Telia (Juuni 2019).

Anonim

Ameerika Ühendriikides on käimas uus neutriinofüüsika ajastu ja võtmerolli mängib UW-Madisoni füüsikateaduste labor (PSL) Stoughtonis.

Long-Baseline Neutrino Facility, mis asub 2 miljardi USA dollari ulatuses Underground Underground Neutrino eksperimendis (DUNE), saadab lõpuks 800 000 miili maad läbi laborist väljaspool Chicagos asuvat miilidetektorit mitteaktiivses kullakaevanduses Black Hills Lõuna-Dakota.

Neutriinid on vähe arusaadavad, kuid nende roll teadmiste ja universumi dünaamika mõistmisel kasvab, sest teadus jätkab uute ja eksootiliste detektorite koosseisu, sealhulgas uue DUNE eksperimendi kaudu, teadmiste teket salajaste osakeste kohta.

Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF) põhjapanevate tseremooniate ajalugu toimub samal ajal täna Lõuna-Dakota Sanfordi laboris ja Illinoisis Fermilabis.

Selle rajatisega tagatakse neutrino-kiirgus ja Dune detekteerijate toetus infrastruktuur, kasutades ära Fermilabi võimas osakeste kiirendaja kompleksi ja Sanford Labi sügavaid maa-aluseid alasid 1930-ndate kullakaevanduspäevadel välja lõigatud pika olemasoleva tunnelina.

Pärast esimese maapinda pööramist hõivavad meeskonnad rohkem kui 800 000 tonni kivist - ligikaudu kaheksa õhusõiduki kandjat - selleks, et luua tohutuid osakeste detektorite kokkupanemiseks tohutuid maa-aluseid koobasid, et paremini mõista salapärast neutriinot. DUNE oli loodud, kavandatud ja ehitatud 1000 teadlaste ja inseneride meeskonnaga rohkem kui 30 riigist ja 160 institutsioonist, sealhulgas UW-Madisonist.

Tegelikult, kui DUNE töötab aastaid, tugineb see Stoughton UW laboris ehitatud anoodpaneelide komplektidele (APA).

Detektorid koosnevad suurtest paneelidest (APA-d), mis asuvad vedelas argoonis. APA-d koosnevad ultraheli traadist, mis on haavatud metalli ümber. Kõik UW PSLi koostatud koosseis koosneb roostevabast terasest raamist, mis on 20 meetri pikkune, vaskvõrgikiht ja peaaegu 15 miili väga õhukese (150 mikroni diameetriga) vask-berülliumtraat, mis on selle ümber nelja kihina. Seejärel kinnitatakse traat neutrino jälgimiseks trükkplaadile.

PSLi töö üle DUNE-is on labori direktor Bob Paulos. "APA-d on tõesti detektori süda, " ütleb Paulos.

PSL koostab kolme prototüüp-eksperimendi nimega ProtoDUNE APA. UW-Madison teeb koostööd Ühendkuningriigi mitmete institutsioonidega, kes koostab veel kolm prototüüpi APA-d, mis kasutavad PSL-i kujundust. Nad on loonud täpse koopia PSL-i traadist mähisega robot koos kõigi teiste seadmete ehitamiseks vajalike seadmetega.

Spetsiaalse traadi pinge ja pigi tagamine on APA edukuse jaoks kriitiline.

"Lõppeesmärk on ehitada Lõuna-Dakota maa alla neli detektorimoodulit, millest igaüks moodustab kaks kolmandikku jalgpalliväljaku suurusest ja koosneb 150 APA-st, " ütleb Paulos. Moodulite ehitamine peaks algama 2020. aastal.

PSL liitub paariga teistest laboritest, et ehitada täielik komplekt APA-sid, mis on vajalikud täismahus DUNE detektori jaoks.

"Selles projektis on palju rahvusvahelist koostööd, " ütleb Paulos. "See teeb Dune'is toimuvat ülemaailmset panust, ja me oleme põnevil, et PSLil on oluline roll."

Lisaks APA-de ehitamisele on UW-Madisoni labor projekteerinud ja ehitanud detektori struktuuritoe. PSL-i insener ja tehnik on CERNis (Euroopa Tuumauuringute Organisatsioon), kes aitab kaasa ProtoDUNE riistvara paigaldamisele.

UW-Madisoni füüsikateaduste laboratoorium saavutab uue saavutuse oma juba silmapaistvas ajaloos ülemaailmses neutrino uuringus, "ütleb Marsha Mailick, UW-Madisoni uurimis- ja kraadiõppe asekantsler. "Füüsikateaduste labor on mänginud lahutamatut rolli selliste keerukate teaduslike eksperimentide edukuses nagu South Colegio IceCube Neutrino vaatluskeskus ja Šveitsi CERNi suur aadroni kolleerija."

"See on olnud suurepärane meeskonnatöö PSL-is inimestega, kes töötavad pikki tunde, et täita väga lühikesi tähtaegu, et projekti jätkuvalt hoida, " sõnas Paulos. "Peaaegu kõigil, kes PSLis töötavad, on sellel projektil olnud käsi ühel või teisel viisil, mille tuumikrühma kuulub umbes tosin inimest, kes töötavad peamiselt projektiga aastaks."

Miks UW-Madisoni füüsikateaduste laboratoorium?

"PSLil on pikk ajalugu kõrgenergia füüsikaga töötamiseks, " selgitab Paulos. "See, lisaks sellele, et meil on õige inseneri-, projekteerimis- ja valmistamisoskuste kogum, samuti nüüdisaegsed masinad ja elektroonika kauplus, mis on piisavalt suur, et ehitada APA puhta montaaži piirkonnas, positsioonid et saaksime seda tööd teha. "

PSL on praeguseks lõpetanud Dune projektiga umbes 10 miljonit dollarit.

Esimene APA saadeti PSL-il 7. juulil ja saabus CERNile 12. juulil. Paneel on osa ProtoDUNE-detektorist, mis on massiivse kaug-detektori prototüüp, mis lõpuks asub Lõuna-Dakota maa-aluses ruumis. Kaugadetektor on ajaprojektsioonikamber (TPC), mis on osakeste detektori tüüp, mis kasutab tugevat elektroonilist välja koos tundliku gaasi või vedeliku mahuosaga, et teostada osakeste trajektoori või interaktsiooni kolmemõõtmelist rekonstrueerimist. DUNE puhul asetatakse TPC argooniga täidetud krüostaadile.

Lõpuks koosneb DUNE kahest osakeste detektorist, mis on paigutatud maailma kõige intensiivsemale neutriinkiirele. Üks detektor salvestab osakeste vastasmõjud Fermilab'i kiirgusallika läheduses, samal ajal kui teine, täidetud 70 000 tonni vedelad argoonid ja jahutatakse temperatuurini -300 kraadi Fahrenheiti, võtab Sanfordi laboris sügavale maa-aluses vastastikmõjusid.

Kuna neutriinid suhtuvad külma vedelikuga, tekitavad nad teiste osakeste ja valguse dušši. Need osakeste rajad võetakse seejärel APA elektroonikasse ja edastatakse andmetena pinnale.

Neutrinos on universumis kõige levinumad osakesed, kuid nende osatähtsust universumi kujunemisel on väga vähe teada. Dune võimaldab teadlastel otsida erinevusi neutriinode ja nende antimeetrite kolleegide, antineutriinide käitumises, mis võiksid anda olulisi vihjeid selle kohta, miks me elame universumis, kus domineerib küsimus, teisisõnu, miks me kõik siin oleme, selle asemel et meie universum hävitatud vahetult pärast Big Bang.

Dune jälgib ka supernoova poolt toodetud neutriine, mida teadlased saavad kasutada neutroniteta või isegi mustade aukude moodustamiseks. Suured DUNE-detektorid võimaldavad ka teadlastel otsida ennustatud, kuid mitte kunagi täheldatud prootoni lagunemise vähese tuuma fenomeni - protsessi, mis on tihedalt seotud ühtse energia- ja aineteooria kujunemisega.

menu
menu