KSU -team bidrager til DUNE, verdens største neutrino -eksperiment

Et stort internationalt forskerteam - herunder forskere fra Kansas State University - vender sig til små partikler for at løse store spørgsmål om mørkt stof, sorte huller og universets oprindelse.

Deep Underground Neutrino -eksperimentet, eller DUNE, sigter mod at besvare disse spørgsmål ved at opdage og studere neutrinoer. Fredag, 21. juli kl. markerede konstruktionen banebrydende for Long-Baseline Neutrino Facility, som vil huse DUNE.

Neutrino-anlægget sender partikler 800 miles gennem jorden fra Chicago til en kilometer-dyb detektor i South Dakota. Kansas State University forskere er involveret i organisationen af ​​projektet og udvikler eksperimentets højspændingssystem.

"På nationalt plan, DUNE er det højest prioriterede projekt i US Department of Energy's Office of High Energy Physics, "sagde Tim Bolton, professor i fysik. "Det er vigtigt for os at engagere os med det internationale videnskabssamfund om banebrydende projekter som dette."

Bolton tjener på lederteamet, der organiserer eksperimentet, og Glenn Horton-Smith, professor i fysik, hjælper med at udvikle eksperimentets højspændingssystem. Både Bolton og Horton-Smith er eksperter i eksperimentel høj energi og partikelfysik og har været involveret siden de tidlige planlægningsfaser af DUNE. Andre involverede universitetsforskere omfatter Ajib Paudel, doktorand i fysik, Nepal; Heng-ye Liao, postdoktor i fysik; og elektronikdesignlaboratoriet, ledet af ingeniørerne Tim Sobering og Russell Taylor.

"Dette projekt lader os kortlægge uudforskede områder, "Horton-Smith sagde." Vi kan få viden om grundlæggende fysik såvel som det tidlige univers. "

DUNE er et stort internationalt samarbejde på omkring 1, 000 forskere og ingeniører fra 30 lande. DUNE's Long-Baseline Neutrino Facility involverer to amerikanske faciliteter:Det amerikanske energiministeriums Fermi National Accelerator Laboratory i Illinois sender en stråle neutrinoer 800 miles gennem jorden til Sanford Underground Research Facility i South Dakota.

Under den 10-årige byggeproces, arbejdere vil udgrave mere end 800, 000 tons sten til at skabe enorme underjordiske huler til enorme partikeldetektorer, som gør det muligt for forskere at studere og forstå neutrinoer. Neutrinoer er de mest udbredte stofpartikler i universet, alligevel er meget lidt kendt om deres rolle i udviklingen af ​​universet. Forskere vil undersøge de interaktioner, neutrinoer gør med argonatomer for at lære mere om disse undvigende, men rigelige partikler.

Kansas State University-forskere udvikler højspændingssystemet til detektoren ved Sanford Underground Research Facility i South Dakota. Detektoren på fire etager vil være næsten en kilometer under jorden og fyldt med flydende argon. Universitetsforskerne har designet et system, der sikkert håndterer og distribuerer spændinger på mere end 100, 000 volt og skaber et lige elektrisk felt mellem de to store elektroder, der udgør detektoren.

Universitetsforskerne har også været involveret i konstruktionen af ​​højspændingssystemet, som skal foldes for at passe ind i et lille rum og derefter foldes ud, mens der stadig opretholdes elektriske forbindelser.

"Det er som at bygge et skib på flaske, "Horton-Smith sagde." Det har involveret en masse teknik og fysik for at sikre, at dette design opretholder en pålidelig forbindelse under byggeprocessen. "

For at forberede DUNE, forskerne deltager i en mindre prototypetest, der i øjeblikket samles på CERN, Den europæiske organisation for nuklear forskning, nær Genève. Universitetsfysikerne har været involveret i designet, test, levering og produktion af højspændingssystemet til prototypen. Teamet vil analysere prototypedata og foretage designforbedringer, før det rigtige højspændingssystem installeres på Long-Baseline Neutrino-anlægget i de senere konstruktionsfaser.

Når neutrino -anlægget er i gang, Bolton, Horton-Smith og de andre universitetsforskere håber, at forskere lærer mere om forholdet mellem stof og antimateriale. Mens alt er lavet af stof, dens modsatte partner-antimaterie-er meget sjælden og kan kun skabes af højenergifysik. DUNE -forskningen kan hjælpe med at løse et stort fysikpuslespil:Hvorfor er universet lavet af alt stof, når det kunne være en lige blanding af stof og antimateriale?

"Det er et stort puslespil i at forstå, hvordan fysikkens regler gælder i meget stor skala, "Sagde Bolton." Dette projekt er en langsigtet investering, men der er mange fordele, når du lærer mere om de grundlæggende måder, naturen fungerer på. "