En stor milepæl for et underjordisk eksperiment i mørkt stofsøgning

Besætninger, der arbejder på det største amerikanske eksperiment designet til direkte at opdage mørkt stof, gennemførte en stor milepæl i sidste måned, og vender nu blikket mod opstart efter at have oplevet nogle forsinkelser på grund af globale pandemiske forholdsregler.

US Department of Energy embedsmænd den 21. september formelt underskrev projektafslutning for LUX-ZEPLIN, eller LZ:et ultrasensitivt eksperiment, der vil bruge 10 tons flydende xenon til at jage efter signaler om interaktioner med teoretiserede mørke stofpartikler kaldet WIMP'er, eller svagt interagerende massive partikler. DOE's milepæl for projektafslutning kaldes Critical Decision 4, eller CD-4.

Mørkt stof udgør anslået 85 procent af alt stof i universet. Vi ved, at det er der på grund af dets observerede tyngdekraftseffekter på normalt stof, men vi ved endnu ikke, hvad det er. LZ er designet til at detektere de to lysglimt, der opstår, hvis en WIMP interagerer med kernen i et xenonatom.

"Vi afslutter idriftsættelsen af ​​detektoren - testfasen - og vil se på LZ -data næste år, sagde Simon Fiorucci, LZ operations manager og fysiker ved DOE's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), som er den ledende institution for LZ -samarbejdet.

LZ er installeret næsten en kilometer under jorden på Sanford Underground Research Facility (Sanford Lab) i Lead, South Dakota. Dens dybde giver naturlig afskærmning mod den konstante byge af kosmiske stråler på jordens overflade, som er en kilde til baggrundspartikel "støj", der kan overdøve WIMP -interaktionssignalerne forskere leder efter. LZ er også bygget af komponenter, der er individuelt udvalgt og testet for at have et lavt indhold af naturligt forekommende stråling, som også kan komplicere søgningen.

Mike Headley, administrerende direktør for Sanford Lab, sagde, "Hele Sanford Lab -teamet lykønsker LZ -samarbejdet med at nå denne store milepæl. LZ -teamet har været en vidunderlig partner, og vi er stolte over at være vært for dem i Sanford Lab. Vi glæder os til LZ -dataindsamling næste år."

Svaret på COVID-19-pandemien fik Sanford Lab til at reducere sine aktiviteter til kun dem, der blev anset for væsentlige den 25. marts, og stedet begyndte en overgang tilbage til øgede operationer den 6. maj. Berkeley Lab og andre institutioner i LZ -samarbejdet havde også reduceret deres operationer som reaktion på coronavirus. Sanford Lab, og LZ -projektarbejdere, var så heldige at kunne genoptage arbejdet hurtigt, Fiorucci bemærkede.

Han bemærkede, at xenonrensende aktiviteter på SLAC National Accelerator Laboratory midlertidigt var blevet forsinket på grund af COVID-19-relaterede reduktioner. Xenon oprenset ved SLAC vil blive sendt til Sanford Lab og konverteret til flydende xenon til LZ -eksperimentet.

"Vi har gjort ordentlige fremskridt på trods af alle disse komplikationer, "sagde han." Vi havde formået at fastholde en arbejdsstyrke i Sanford Lab og på SLAC, og for at holde tingene i gang med mindst 80 procents hastighed. I juni var vi tilbage med nominel hastighed, og har været tilbage i den tilstand siden. "

Ikke desto mindre, Risici ved COVID-19 vedvarer, og Fiorucci bemærkede, at arbejdere fortsat overholder sikkerhedsprotokoller for at reducere disse risici. I denne idriftsættelsesfase der er omkring 15-20 LZ-medarbejdere opdelt i to skift på Sanford Lab, Fiorucci sagde, og han forventer, at personalet vil holde sig ved udgangen af ​​dette år.

Nu hvor CD-4 er opnået, Fiorucci sagde, at det er spændende at have målstregen i sigte.

"Vi får meget mindre teknik - og meget mere videnskab - i blandingen, "sagde han." Det er bestemt spændende og spændende. "Han bemærkede, at medlemmer af samarbejdet har været i denne position før:LZ's forgænger, LUX -eksperimentet, blev også installeret og drevet i den samme underjordiske forskningshule på Sanford Lab.

Men denne gang er det anderledes.

"Vi har bestemt gjort dette før, men aldrig i denne skala, "sagde han. LUX brugte omkring en tredjedel af et ton flydende xenon, mens LZ vil have 10 tons flydende xenon og vil være omkring 100 gange mere følsom over for interaktioner mellem mørke stoffer.

"Vi går ind i det ukendte nu."