CERN til at levere den anden DUNE-kryostat

Neutrinoer er vanskelige dyr. Alene blandt kendte fundamentale partikler, de lider af en identitetskrise - hvis det var muligt at sætte dem på en vægt, du ville uforudsigeligt måle en af ​​tre mulige masser. Som resultat, de tre neutrino "smag" smelter sammen i hinanden, når de ræser gennem rummet og stof, åbning af potentialet for stof-antistof-asymmetrier, der er relevante for åbne spørgsmål i kosmologi. Neutrinoer er i dag genstand for et pulserende verdensomspændende forskningsprogram i partikelfysik, astrofysik og multi-messenger astronomi.

I et iøjnefaldende eksempel på internationalt samarbejde inden for partikelfysik, CERN har nu indvilget i at producere en anden "kryostat" til detektorerne i det internationale Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) i USA. Kryostater er enorme beholdere i rustfrit stål, der til sidst vil holde og afkøle 70, 000 tons flydende argon inde i DUNE-eksperimentets detektorer. Kryostaternes store størrelse og lave temperaturer, der er nødvendige for DUNE-detektorerne, nødvendiggjorde innovation i samarbejde med flydende-naturgas-skibsindustrien. CERN havde allerede forpligtet sig til at bygge den første af fire DUNE-kryostater. Efter godkendelse fra CERN-rådet, organisationen har nu også aftalt at give et andet.

Samarbejdet udnytter CERNs ekspertise med en teknologi, som neutrinofysikere har drømt om at implementere i en sådan skala i årtier. Neutrinoer er notorisk svære at opdage. De strømmer gennem stof med en minimal chance for at interagere. Og når de interagerer, det er ofte med et af de mindst velforståede objekter i fysik, atomkernen, og en spray af partikler og excitationer dukker op fra det hvirvlende rod af hadronisk stof. For at få nok af disse spøgelsesagtige partikler til at interagere med kerner i første omgang, du har brug for et tæt målmateriale, men det er et frygteligt udgangspunkt for at bygge en detektor, der er følsom nok til at rekonstruere disse sprays af partikler i detaljer.

Tidligere CERN-generaldirektør og nobelpristager Carlo Rubbia foreslog en løsning i 1977:neutrinoer kunne interagere i tanke med flydende argon, og elektriske felter kunne forstærke små signaler forårsaget af den blide ionisering af naboargonatomer af ladede partikler skabt i kollisionen, tillader "begivenheden" at blive rekonstrueret som et tredimensionelt fotografi, med udsøgt opløsning, som ville være hidtil uset for et neutrinoeksperiment. Et sådant "væske-argon tidsprojektionskammer" blev først realiseret i stor skala ved ICARUS-eksperimentet på Gran Sasso, som blev bygget af INFN i Italien, renoveret på CERN, og sendt til Fermilabs kort-baseline neutrino-facilitet i 2017. Hvert DUNE-detektormodul bliver 20 gange større. Arbejdet med disse banebrydende designs har været i gang hos CERN i flere år allerede i forberedelsen og afprøvningen af ​​to "ProtoDUNE" detektorer, som med succes har demonstreret teknologiens operationelle principper.