Generale

Ovi novi gigantski neutrinski detektori prostirat će se na tri države


Dune, eksperiment dubokog podzemnog neutrina (DUNE) upravo se probio na njihovom uskoro novom objektu koji će otkriti tajne iluzivne čestice neutrina.

The Milijardu američkih dolara projekat se trenutno nadograđuje novim detektorima stotinama kilometara od glavnog pogona u Čikagu. Gotovo 1300 km dalje ispod laboratorije, istraživači postavljaju nove detektore na više od 1,5 kilometara ispod površine Zemlje.

Subatomske čestice će biti izbačene iz Čikaga u laboratorij Sanford kroz Zemljin plašt gdje će masivni detektori otkriti čestice stotinama kilometara dalje.

DUNE eksperiment i oprema [Izvor slike:DUNE]

Zašto neutrino?

Neutrini su subatomske čestice s mnogo sličnosti s elektronom, samo što neutrini ne nose naboj i nevjerovatno su lagani. Čestice su neke od najzastupljenijih u svemiru, ali ipak rijetko stupaju u interakciju s materijom. Prema Scientific American-u, "Niskoenergijski neutrino putovat će kroz mnoge svjetlosne godine normalne materije prije nego što stupi u interakciju s bilo čim."

Prvi neutrino zabilježen u komori sa vodoničnim mjehurićima, 1970. Neutrini, nevidljivi na slici, stvaraju tamne linije koje se vide na slici. [Izvor slike: Nacionalna laboratorija Argonne / Wikimedia Commons]

Otkrivanje čestica neizmjerno je težak izazov. Međutim, nedavna otkrića o neutrinima pomažu naučnicima da bolje razumiju temeljna svojstva materije, energije, prostora i vremena.

"Oni bi mogli otkriti i nove, egzotične fizičke procese koji su do sada bili izvan našeg dosega", objašnjava DUNE.

Tokom posljednjih nekoliko decenija, istraživači su polako i mukotrpno otkrivali stanja - ili okuse - neutrina. Trenutna istraživanja ukazuju na tri ukusa koji se mogu transformirati iz jednog okusa u drugi.

"Ovi rezultati pokazuju da je svako stanje mirisa neutrina mješavina tri različita stanja mase koja nisu nula i do danas nude najuvjerljivije dokaze za fiziku izvan Standardnog modela. U jednom eksperimentu, DUNE će omogućiti široko istraživanje tri okusa model neutrinske fizike s neviđenim detaljima ", opisuje DUNE na njihovoj internetskoj web stranici.

Novi detektori koji se trenutno postavljaju ispod dat će rijetki uvid u svojstva stvorena tokom rođenja neutronske zvijezde. Nadalje, u budućnosti će projekat također moći pomoći naučnicima da postanu svjedoci rađanja crne rupe.

Detektori čestica mogu otkriti neutrine koje supernova emituje, u ovom slučaju, iz supernove SN1987A. [Izvor slike:DUNE]

Naučnici se nadaju da će razotkrivanjem tajni neutrina uspjeti zaključiti kako se tvar stvarala u ranim danima svemira. Tada bi se istraživanje moglo koristiti za stvaranje novih i egzotičnih fizičkih procesa koji su do sada izmicali široj naučnoj zajednici.

Možda, još radikalnije, istraživači se nadaju da će nova otkrića pomoći objedinjavanju i opisivanju svih poznatih sila pod jednom jednačinom. Istraživanje.

Kako će DUNE otkriti neutrine

Kao što je prethodno opisano, neutrini imaju besprijekornu sposobnost putovanja kroz gustu materiju, kao što je omotač Zemlje, bez interakcije s bilo kojim atomima. Prolazeći, ne ostavljaju za sobom ni traga. Za promatranje čak i jedne interakcije potreban je masivni detektor koji mora raditi dugi niz godina.

DUNE daljinski detektor

Za razliku od većine detektora koji koriste tešku vodu, detektor Dune Far će za "masivni detektor neutrina planiran na lokaciji u laboratoriju Sanford" koristiti "vrhunsku tehnologiju za projekciju tečnog argona (LArTPC)", prema DUNE-u.

Dune Far Detector se trenutno postavlja na 1.475 metara pod zemljom u podzemnom istraživačkom pogonu Sanford u Olovu u Južnoj Dakoti. [Izvor slike:DUNE]

Četiri detektora kriostata smještena na Dune Faru ukupno će sadržati 70.000 tona tečnog argona koji će djelovati kao meta za neutrine emitovane na više od 1000 kilometara. Da bi se argon održao u tečnom stanju, centralna rashladna jedinica održava tečnost u ledu -184 stepeni Celzijusa

Četiri kriogena detektora koji sadrže po 17.000 tona argona svaki djeluju kao meta neutrina. Centralna rashladna jedinica održava argon na 184 stepeni Celzijusa ispod nule. [Izvor slike:DUNE]

Unutar detektora nalaze se žičane ravni koje indirektno mjere broj i nivo energije svakog sudara koji se dogodi. Detektori šalju signale sistemu koji interpretira podatke, precizno mapirajući putanju pojedinačne interakcije neutrina.

Žičane ravni indirektno otkrivaju interakcije neutrina s argonom. [Izvor slike:DUNE]

Kada neutrino stupi u interakciju s argonom u detektoru, izbacuju se čestice miona i protona. Zatim izbačene čestice izbacuju elektrone iz tečnog argona. Naboj se tada može otkriti u žičanim ravninama. Interakcija ostavlja za sobom tragove čestica koje sofisticirani računarski sistem sastavlja u vizuelnu sliku uz unos prikupljenih podataka.

Trag čestica stvoren nakon što neutrino stupi u interakciju sa tečnim argonom. [Izvor slike:DUNE]

Video u nastavku prikazuje šta se događa kada neutrino stupi u interakciju s argonom.

Zaštita detektora od kosmičkih zraka

Pokopavanje detektora na kilometar ispod zemlje izgleda pretjerano, iako je u potpunosti neophodno zaštititi detektore od kosmičkih zraka. Kozmički zraci koji potječu iz svemira neprestano bombardiraju gornju atmosferu visokoenergetskim česticama - obično protonima. Svaka interakcija ispušta pljusak čestica koje se slijevaju na Zemlju.

Detektori su ultra osjetljivi, a čestice visoke energije nose dovoljno energije da poremete ili oštete detektore. Čestice se tako često tuširaju, DUNE predviđa da "mioni kosmičkih zraka prolaze kroz vašu ruku brzinom većom od jedne u sekundi."

Neutronska fizika je još uvijek u povojima, međutim, mnogo se više detektora kontinuirano gradi širom svijeta. Iako neuhvatljive čestice i dalje ostaju velika misterija, znanstvenici se nadaju da će s novim dodacima detektora DUNE i drugim eksperimentima znanstvenici uspjeti složiti unutarnji rad čestica i svemira kakav poznajemo.

ViaDUNE

VIDI TAKOĐE: Nova dvostruko šarmirana čestica upravo je otkrivena u CERN-u

Napisao Maverick Baker


Pogledajte video: Kinezi - Radar lovca Su-57 pretvara američku tehniku u đubre (Novembar 2021).