Test starter ved CERN for storstilet prototype af ny teknologi til at detektere neutrinoer

Forskere, der arbejder på CERN, har startet test af en ny prototype af neutrino -detektorer, ved hjælp af en meget lovende teknologi kaldet "dual phase". Hvis det lykkes, denne nye teknologi vil blive brugt i en meget større skala til det internationale Deep Underground Neutrino Experiment, hostet af det amerikanske energiministeriums Fermilab.

Forskere begyndte at betjene den tofasede prototypedetektor ved CERN i slutningen af ​​august og har observeret første spor. Fyldt med 800 tons argon, detektoren er på størrelse med et tre-etagers hus.

Den nye teknologi ville blive brugt ud over såkaldte enfasedetektorer, der har været vellykket betjent i mange år. Men den nye dobbeltfasede teknologi kan være spilændrende, da det betydeligt ville forstærke de svage signaler, som partikler skaber, når de bevæger sig gennem detektoren.

"Enfaseteknologien er en gennemprøvet metode, der vil blive brugt til at bygge det første modul til DUNE-detektoren, "sagde DUNE-medordfører Ed Blucher fra University of Chicago." Denne nye tofasede teknologi giver en anden metode, der har et stort potentiale for at tilføre DUNE-detektorens muligheder. "

I et enkeltfaset eksperiment, partikeldetektoren er fyldt helt med flydende argon. Trådfly og fotosensorer nedsænket i det flydende argon registrerer de svage signaler, der forårsages, når en neutrino smadrer ind i et argonatom. DUNE-samarbejdet begyndte med succes at drive en stor enfaset prototypedetektor på CERN i september 2018.

Forskere og ingeniører har nu implementeret en storfaset teknologi i stor skala, der bruger flydende argon som målmateriale og et lag gasformig argon over væsken til at forstærke svage partikelsignaler, før de når sensorer placeret øverst i detektoren, inde i argongassen. Sammenlignet med enfaseteknologien, denne opsætning kunne give stærkere signaler, hvilket får dem til at skille sig ud fra baggrundsstøj. Det ville således sætte forskere i stand til at lede efter neutrino-interaktioner med lavere energi.

En anden fordel ved dobbeltfaseteknologien:Al elektronik til dataindsamling er placeret i gaslaget nær toppen af ​​detektoren og kan tilgås via særlige skorstene, der åbner udefra, selvom det meste af detektoren er fyldt med argon, holdes ved en temperatur under minus 184 grader Celsius (minus 300 grader Fahrenheit).

I modsætning til enfaseteknologien, detektoren har et enkelt aktivt volumen uden detektorkomponenter i midten af ​​den flydende argon og et reduceret antal aflæsningselementer øverst.

"Dette er et meget elegant design, der kræver fremskridt inden for højspændingsteknologi og argonrenhed, "sagde Fermilab -direktør Nigel Lockyer.

Prototypen er en kubeformet detektor, der er omkring seks meter lang i hver retning. Indsamlingen af ​​elektronerne og aflæsning af signalerne udføres af innovative systemer, hver med en overflade på ni kvadratmeter, individuelt suspenderet et par millimeter over væskeniveauet.

Den tofasede ProtoDUNE-detektor er kun en lille del af detektoren, som det internationale DUNE-samarbejde planlægger at bygge i USA i løbet af det næste årti:et DUNE-detektormodul huser ækvivalent med 20 dobbeltfasede prototypedetektorer og fungerer på et højt niveau spænding på op til 600, 000 volt.

DUNE planlægger at bygge fire detektormoduler i fuld størrelse baseret på argonteknologi. De vil blive placeret en kilometer under jorden på Sanford Underground Research Facility i South Dakota. Forskere vil bruge det til at opdage, om neutrinoer kan være årsagen til, at materie dominerer over antimateriale i vores univers.

Resultaterne af testen på CERN vil hjælpe med beslutningen om, hvor mange moduler der vil have enfaseteknologien, og hvor mange der vil bruge tofaseteknologien.

DUNE -samarbejdet omfatter mere end 1, 000 forskere og ingeniører fra over 30 lande fordelt på fem kontinenter:Afrika, Asien, Europa, Nordamerika og Sydamerika.