Neutrino-anlæg kunne ændre forståelsen af ​​universet

University of Oxfords Institut for Fysik vil spille en central rolle i et flagskibs globalt videnskabeligt anlæg, der kan ændre vores forståelse af universet.

Storbritannien investerer 65 millioner pund i initiativet, som får base i USA og kan sikre Storbritanniens position som den foretrukne internationale forskningspartner.

De britiske universiteter og videnskabsminister Jo Johnson underskrev i dag aftalen med det amerikanske energiministerium om at investere beløbet i Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF) og Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). DUNE vil studere egenskaberne af mystiske partikler kaldet neutrinoer, som kunne hjælpe med at forklare mere om, hvordan universet fungerer, og hvorfor stof overhovedet eksisterer.

Storbritanniens Science and Technology Facilities Council (STFC) vil forvalte Storbritanniens investering i den internationale facilitet, giver britiske videnskabsmænd og ingeniører chancen for at tage en ledende rolle i styringen og udviklingen af ​​DUNE fjerndetektoren og LBNF-strålelinjen og tilhørende udvikling af PIP-II accelerator.

LBNF bliver verdens mest intense højenergi-neutrinostråle. Det vil affyre neutrinoer 1300 km fra Fermilab i Illinois mod de 70, 000 tons DUNE-detektor ved Sanford Underground Research Facility (SURF) i South Dakota for at studere neutrinoscillationer. Når først de er bygget, det vil fungere i mindst 15 år med et bredt og spændende videnskabeligt program.

Professor Ian Shipsey, Leder af partikelfysik i Oxford, sagde:'Neutrinoer er den næstmest almindelige partikel i universet, og alligevel ved vi i dag mere om den nyligt opdagede Higgspartikel, end vi gør om neutrinoer. Meget af det vi ved, imidlertid, er blevet møjsommeligt stykket sammen gennem mange år i meget smarte neutrino-eksperimenter, hvor Oxford-fysikere har spillet en ledende rolle.

'Jeg er begejstret for, at den aftale, der netop er blevet underskrevet mellem USA og Storbritannien, vil gøre det muligt for mange britiske fysikere, inklusive mine geniale Oxford-kolleger og neutrinoeksperter professor Giles Barr og professor Alfons Weber, at fortsætte med at lære mere om neutrinoer gennem deltagelse i, hvad der velsagtens er. det mest ambitiøse eksperiment, der hidtil er iværksat for at studere dem«.

Prof. Alfons Weber, den britiske hovedefterforsker af projektet, sagde:'Dette er en drøm, der går i opfyldelse. Vi har arbejdet hårdt i de sidste par år for at udvikle de teknikker, der er nødvendige for at kunne bygge dette eksperiment. Vores partnere i nord har koncentreret sig om udlæsningsstrukturerne, mens vi i Oxford har taget teten i udviklingen af ​​dataopsamlingssystemet.

'Vi har et fremragende team, der kom med innovative løsninger. Disse detektorer skal være enorme, da neutrinoer interagerer så sjældent. Du skal optimere omkostningerne, så vi kan bygge den størst mulige detektor, men samtidig skal den være følsom nok til stadig at kunne måle disse svage interaktioner. Jeg organiserer nu en designundersøgelse for at specificere nærdetektoren, som er et væsentligt værktøj til at karakterisere neutrinostrålen og interaktioner.'

Prof. Giles Barr har ledet designgruppen for dataopsamling i det internationale projekt i de sidste fire år. Under hans ledelse, samarbejdet har udviklet koncepterne til at håndtere det store datasæt fra disse 70, 000 tons detektor. Han har overvåget den første implementering og tests og er nu stærkt involveret i at idriftsætte den seneste fuldskala prototype ved en teststråle på CERN. Han kommenterer sin rolle i eksperimentet, han sagde:'Det er spændende at arbejde med mennesker både lokalt og internationalt, som har ekspertisen og fantasien til at presse den maksimale ydeevne ud af nogle meget højteknologiske, moderne elektronikkomponenter.

'Detektoren vil generere over en TeraByte af rådata hvert sekund i mere end 20 år, og det er vores opgave at finde og opbevare de dele af dataene, der viser neutrinoerne, der interagerer i detektoren - "nålen i høstakken".

Det britiske forskningsmiljø er allerede en stor bidragyder til DUNE-samarbejdet, med 14 britiske universiteter og to STFC-laboratorier, der leverer væsentlig ekspertise og komponenter til eksperimentet og faciliteten. Dette spænder fra højeffekt neutrinoproduktionsmålet, udlæsningsplanerne og dataopsamlingssystemerne til rekonstruktionssoftwaren.

Et aspekt, DUNE-forskere vil kigge efter, er forskellene i adfærd mellem neutrinoer og deres antistof-modstykker, antineutrinoer, som kunne give os fingerpeg om, hvorfor vi lever i et stofdomineret univers – med andre ord, hvorfor vi alle er her, i stedet for at være blevet udslettet lige efter Big Bang. DUNE vil også se efter neutrinoer, der produceres, når en stjerne eksploderer, som kunne afsløre dannelsen af ​​neutronstjerner og sorte huller, og vil undersøge om protoner lever evigt eller til sidst henfalder, bringer os tættere på at opfylde Einsteins drøm om en storslået forenet teori.

DUNE-eksperimentet vil tiltrække studerende og unge forskere fra hele verden, bidrage til at fremme den næste generation af ledere på området og til at opretholde den højt kvalificerede videnskabelige arbejdsstyrke på verdensplan.