Fermilab's Dune pošle neutrína 800 míľ ďaleko, aby študovali častice duchov

Neutrínové detektory DUNE budú umiestnené jednu míľu pod zemou v Južnej Dakote.
Matthew Kapost, podzemné výskumné zariadenie v Sanforde

  • Neutrína sú malé častice, ktoré môžu skrývať tajomstvá niektorých z najväčších záhad vesmíru.
  • Projekt DUNE dúfa, že sa dozvie viac o týchto ťažko študovateľných „molekulách duchov“.
  • Aby to bolo možné, projekt pošle neutrína približne 800 míľ medzi Illinois a Južnú Dakotu.

Takmer pred siedmimi rokmi začali posádky presúvať 800 000 ton horniny z jedného miesta Bývalá zlatá baňa Blízko Lead, Južná Dakota.

Výsledné tri podzemné jaskyne sú dlhé 500 stôp a sú takmer dosť dlhé na to, aby sa do nich zmestila sedemposchodová budova.

Očakáva sa, že projekt DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) bude stáť najmenej 3 miliardy dolárov a vedú ho vedci z amerického ministerstva energetiky. Fermilab.

V konečnom dôsledku bude každá jaskyňa obsahovať 17 500 ton tekutého argónu, ktorý fyzikom z Fermilabu pomôže odhaliť nepolapiteľné častice známe ako neutrína, známe aj ako „častice duchov“.

Vykopávky jaskyne v Sanford Underground Research Facility v Južnej Dakote sa začali v roku 2017.
Podzemné výskumné zariadenie v Sanforde

Neutrína sú subatomárne častice, ktoré sú všade okolo vás a prechádzajú priamo cez vás, bez povšimnutia. Slnko ich vytvára. Vyrábajú ich supernovy. Dokonca aj banány produkujú neutrína.

„Ak zdvihnete ruku, každú sekundu prejde vašou rukou 10 miliárd neutrín zo Slnka,“ povedala pre Business Insider fyzika a hovorkyňa DUNE Mary Pichai.

Neutrína sú prezývané ako častice duchov, pretože im chýba elektrický náboj, a preto zriedka interagujú s čímkoľvek, s čím prídu do kontaktu.

To tiež sťažuje ich štúdium, no vedci trvajú na tom, že neutrína môžu byť kľúčom k odomknutiu tajomstiev vesmíru, od toho, čo sa stalo hneď po Veľkom tresku, až po pozorovanie zrodu čiernej diery.

READ  Vzácna kozmická udalosť, ktorá je svedkom zoradenia 5 planét na oblohe. Tu je návod, ako sa pozerať. : ScienceAlert

Neutrínový lúč medzi Illinois a Južnou Dakotou

Výskumníci z Fermilab ICEBERG skúmajú studenú elektroniku, ktorá bude použitá v projekte DUNE.
Reidar Hahn/Fermilab

Je ťažké študovať časticu, ktorá nevyžaruje žiarenie a je ľahšia ako elektrón. „Interakcie neutrín sú ako ihly v kope sena,“ povedal Pichai.

Vedci z Fermilabu chcú študovať neutrína do bezprecedentných detailov, ako nikdy predtým, pomocou DUNE.

Preto bude mať DUNE najväčší neutrínový detektor svojho druhu.

Po dokončení je experiment navrhnutý tak, aby začal sériou… Urýchľovače častíc Vo Fermilabe pri Chicagu, Illinois.

Jedna z jaskýň, ktorá bude obsahovať detektory pre projekt DUNE.
Matthew Kapost, podzemné výskumné zariadenie v Sanforde

Urýchľovače najprv vypália extrémne silný lúč neutrín cez detektor vo Fermilabe. Lúč potom prejde pod zemou 800 míľ k detektorom v Sanford Underground Research Facility v Južnej Dakote.

Po ceste urobia neutrína niečo dosť zvláštne. Existujú tri typy neutrín a častice sa medzi nimi môžu prepínať tam a späť, čo je jav známy ako oscilácia. Jeden vedec z Fermilabu to prirovnal k domácej mačke transformácia Na jaguára a potom na tigra, kým sa vráti do pôvodnej podoby.

Sledovanie toho, ako sa neutrína menia na týchto dlhých vzdialenostiach medzi Illinois a Južnou Dakotou, pomôže vedcom lepšie pochopiť tieto oscilácie tým, že im poskytne úplnejší pohľad ako súčasný 500-míľový experiment NOvA spoločnosti Fermilab medzi Illinois a Minnesotou.

Lúč neutrín DUNE poputuje z Fermilabu cez 800 míľ Zeme k vzdialeným detektorom v podzemnom výskumnom zariadení Sanford.
Fermilab Dion

Robiť to všetko míľu pod zemou chráni drobné, oscilujúce častice pred energetickým kozmickým žiarením, ktoré každú sekundu prší na zemský povrch a môže zasahovať do údajov.

Vyriešte tajomstvá vesmíru

Vedci dúfajú, že s DUNE odpovedia na tri kľúčové otázky: prečo je vesmír tvorený hmotou a nie antihmotou, čo sa stane, keď hviezda skolabuje a rozpadajú sa protóny?

READ  Nákladná kapsula SpaceX roztrúsená v Mexickom zálive - Spaceflight Now

„Hmota a antihmota boli ihneď po Veľkom tresku vytvorené v približne rovnakom množstve,“ povedal Pichai. Ale dnes, z toho, čo vedia vedci povedať, vesmír pozostáva takmer výlučne z hmoty.

„Prečo sme skončili s vesmírom hmoty a nie s vesmírom antihmoty?“ dodala.

Lúč DUNE je navrhnutý tak, aby vytváral neutrína aj antineutrína, verziu antihmoty. Pohľad na oscilácie v každom type môže vedcom pomôcť zistiť, čo sa stalo so všetkou antihmotou.

Projekt je tiež nastavený na fyziku supernov, povedal Beshai.

Výskumné zariadenie Sanford sa nachádza pod zemou v bývalej zlatej bani.
Stephen Kinney, podzemné výskumné zariadenie v Sanforde

V roku 1987 boli astronómovia svedkami jasnej explózie supernovy v menšej vzdialenosti ako ktorákoľvek iná explózia za približne 400 rokov. S vtedy dostupnými detektormi dokázali odhaliť len asi niekoľko desiatok neutrín.

Existuje 40-percentná šanca, že v nasledujúcom desaťročí vybuchne ďalšia blízka hviezda, povedal Pichai a Fermilab dúfa, že aspoň jeden z jeho detektorov v Južnej Dakote bude v prevádzke včas.

Prototyp detektora, ktorý je súčasťou experimentu ProtoDUNE, v CERN-e.
Maximilián Price/CERN

Takýto veľký detektor by mohol zachytiť tisíce neutrín a poskytnúť prehľad o tom, ako vznikajú čierne diery a neutrónové hviezdy.

Nakoniec vedci ešte nevideli rozpad protónov, ale teória predpovedá, že sa tak stane. Protóny sú malé, kladne nabité častice, ktoré sú súčasťou jadra atómu.

Pozorovanie rozpadu protónov by malo dôsledky pre vieru Alberta Einsteina, že jediná teória môže zjednotiť všetky sily v prírode.

Ak by sa protóny rozpadli, trvalo by to približne 10 miliárd biliónov biliónov rokov. Ale Pichai povedal, že detektory neutrín môžu hľadať rôzne známky rozpadu protónov. „Budeme mať možnosť ich vidieť, ak sú tieto veľké zjednotené teórie pravdivé.“

Ambiciózny projekt

V súčasnosti existuje na celom svete niekoľko neutrínových projektov vrátane Japonského protónového akceleračného výskumného komplexu (J-PARC) a Európskej organizácie pre jadrový výskum (CERN).

READ  Od roku 1988 sa vo vesmíre každých 20 minút niečo mihlo – Ars Technica

Čo robí DUNE jedinečnou, je použitie argónu a veľká vzdialenosť medzi detektormi na blízko a na diaľku.

V CERN-e bol postavený testovací detektor neutrín ProtoDUNE. Štyri podobné zariadenia budú nakoniec umiestnené pod zemou v rámci projektu DUNE.
Jim Schultz/Fermilab Dion

Projekt čelil určitým neúspechom v rozpočte a harmonograme, American Scientific Hlásené na rok 2022. Má mať štyri argónové detektory, no začne sa dvoma.

Pichai povedal, že prvý detektor by mohol byť funkčný do konca roku 2028, druhý detektor bude nasledovať budúci rok. Tieto prvky budú pripravené v prípade výbuchu supernovy, ale časť lúča bude pripravená až v roku 2031.

Pichai však verí, že projekt už dosiahol jeden zo svojich najväčších úspechov, spoluprácu približne 1 400 ľudí z 36 krajín. „Je to veľká veda,“ povedala. „Je to tiež veľká medzinárodná vlajka.“

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *