LArIAT -opgradering tester DUNE -design

I partikelfysik, forskellen på en millimeter eller to kan lave eller bryde forsøget. I marts, LArIAT-eksperimentet begyndte en proof-of-concept test for at sikre, at det planlagte Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) fungerer godt med den 2-millimeters forskel.

Specifikt, forskere ser på, hvad der vil ske, når du øger afstanden mellem detektionstråde inde i de fremtidige DUNE -detektorer.

DUNE vil måle neutrinoer, mystiske partikler, der er allestedsnærværende, men undvigende og kan indeholde svar på spørgsmål om universets oprindelse.

Ligesom de fremtidige DUNE -detektorer, LArIAT er fyldt med flydende argon. Når en partikel rammer en argonkerne inde i detektoren, interaktionen skaber elektroner, der flyder gennem argon, indtil de fanges af en ledning, som registrerer et signal. Forskere måler signalet for at lære om partikelinteraktionen.

I modsætning til DUNE -detektorerne, LArIAT registrerer ikke neutrinoer. Hellere, den bruger interaktioner mellem andre partikeltyper til at foretage slutninger om neutrino -interaktioner. Og meget ulig DUNE, LArIAT er på størrelse med et minikøleskab, bare en plet i forhold til DUNE's detektorer, som rummer omkring 22 svømmebassiner i olympisk størrelse til flydende argon.

LArIAT -forskere bruger en stråle af ladede partikler fra Fermilab Test Beam Facility, der affyres i det flydende argon. Disse partikler interagerer med stof langt mere end neutrinoer gør, så strålen resulterer i mange flere interaktioner end en lignende stråle af neutrinoer, som for det meste ville passere gennem argon. Det højere niveau af interaktioner er det, der gør det muligt for LArIAT at opgive den enorme størrelse af DUNE.

Resultater fra LArIAT kan hjælpe fysikere med bedre at forstå andre væskeargonneutrino-detektorer på DOE Office of Science's Fermilab, f.eks. MicroBooNE og SBND.

"Pointen med LArIAT -eksperimentet er at måle, hvor godt vi kan identificere de forskellige typer partikler, der kommer ud af neutrino -interaktioner, og hvor godt vi kan rekonstruere deres energi, "sagde Jen Raaf, Talsmand for LArIAT.

Selvom LArIAT ikke registrerer neutrinoer, interaktionerne med ladede partikler kan give forskere spor om, hvordan neutrinoer interagerer med argonkerner.

"I stedet for at sende en neutrino ind og se på, hvilke ting der kommer ud, du sender de andre ting ind og ser, hvad det gør, "Sagde Raaf.

Interaktioner i LArIAT er primært kendetegnet ved et trådnet, der registrerer drivelektronerne. En nøglefaktor, der påvirker nøjagtigheden af ​​driftelektrondetektering, er afstanden mellem hver ledning.

"Jo tættere på hinanden dine ledninger er, jo bedre rumlig opløsning får du, "Sagde Raaf. Men jo tættere ledningerne er, jo flere ledninger, der er nødvendige. Flere ledninger betyder mere elektronik til at detektere signaler fra ledningerne, som kan blive dyrt i en kæmpe detektor som DUNE.

For at holde omkostningerne nede, forskere undersøger, om DUNE vil have en høj nok opløsning i sine målinger af neutrino-interaktioner med ledninger med en afstand på 5 millimeter fra hinanden-større end 3-millimeters afstand i mindre Fermilab-neutrino-eksperimenter som f.eks. MicroBooNE.

Simuleringer tyder på, at det skal fungere, men det er op til Raaf og hendes team at teste, om 5-millimeters afstand vil gøre jobbet.

LArIAT bruger Fermilab teststrålefacilitet, hvilket er en vigtig del af ligningen. Anlæggets teststråle stammer fra laboratoriets acceleratorer og passerer gennem et sæt partikeldetekteringsinstrumenter, før de ankommer til LArIAT -detektoren. Forskere kan derefter sammenligne resultaterne fra det første sæt instrumenter med LArIAT -resultaterne.

"Hvis du ved, at det virkelig var en pion, der gik ind til detektoren, og derefter kører du din algoritme på den, og den siger 'Åh nej, det var en elektron, 'du er som' jeg ved, at du tager fejl! '"sagde Raaf." Så du sammenligner bare, hvor ofte du tager fejl med 5 millimeter mod 3 millimeter. "

Hun og hendes team er optimistiske, men forpligtet til at være grundig.

"Det virker i teorien, men vi kan altid lide at måle, " hun sagde.