Общ

Тези нови гигантски детектори за неутрино ще обхванат три държави


Дюн, дълбокият подземен експеримент за неутрино (DUNE) току-що се проби в скорошното им ново съоръжение, което ще разкрие тайните на илюзорната частица неутрино.

The 1 милиард щатски долара В момента проектът се надгражда с нови детектори на стотици километри от основното съоръжение в Чикаго. На близо 1300 км под лабораторията изследователите инсталират нови детектори на повече от 1,5 километра под повърхността на Земята.

Субатомните частици ще бъдат изстрелвани от Чикаго до лабораторията на Санфорд през мантията на Земята, където масивните детектори ще откриват частиците на стотици километри.

DUNE експеримент и съоръжения [Източник на изображението:ДЮН]

Защо неутрино?

Неутрино са субатомни частици с много прилики с електрона, само неутрино не носят заряд и са невероятно леки. Частиците са едни от най-разпространените във Вселената, но те рядко взаимодействат с материята. Според Scientific American, "ниско енергийното неутрино ще пътува през много светлинни години нормална материя, преди да взаимодейства с каквото и да било."

Първото неутрино, наблюдавано в камера с водородни мехурчета, 1970 г. Неутрините, невидими на снимката, създават тъмните линии, които се виждат на снимката. [Източник на изображението: Национална лаборатория Аргон / Wikimedia Commons]

Откриването на частиците е изключително трудно предизвикателство. Неотдавнашните открития за неутрино обаче помагат на учените да разберат по-добре основните свойства на материята, енергията, пространството и времето.

„Те биха могли да разкрият и нови, екзотични физически процеси, които досега са били извън обсега ни“, обяснява DUNE.

През последните няколко десетилетия изследователите бавно и старателно откриват състоянията - или вкусовете - на неутрино. Настоящите изследвания показват три вкуса, които имат способността да се трансформират от един вкус в друг.

"Тези резултати показват, че всяко състояние на аромат на неутрино е смесица от три различни ненулеви състояния на маса и към днешна дата предлага най-убедителните доказателства за физиката извън стандартния модел. В един експеримент DUNE ще даде възможност за широко изследване на три вкуса модел на физика на неутрино с безпрецедентни подробности ", описва DUNE на техния онлайн сайт.

Новите детектори, които в момента се инсталират отдолу, ще дадат редки погледи на свойствата, създадени по време на раждането на неутронна звезда. Освен това в бъдеще проектът може също да помогне на учените да станат свидетели на раждането на черна дупка.

Детекторите на частици могат да открият неутрино, излъчвано от свръхнова, в този случай от свръхнова SN1987A. [Източник на изображението:ДЮН]

Учените се надяват, че като разгадаят тайните на неутрино, те ще могат да установят как се е образувала материята в ранните дни на Вселената. След това изследванията могат да се използват за създаване на нови и екзотични физически процеси, които досега са убягвали на научната общност като цяло.

Може би, дори по-радикално, изследователите се надяват новите открития да помогнат да се обединят и опишат всички известни сили под едно уравнение. Проучването.

Как DUNE ще открие неутрино

Както беше описано по-рано, неутрино имат безупречната способност да пътуват през гъста материя, като мантията на Земята, без да взаимодействат с атоми. Когато преминават, те не оставят след себе си следа. Наблюдаването дори на едно взаимодействие изисква масивен детектор, който трябва да работи дълги години.

Далечният детектор DUNE

За разлика от повечето детектори, които използват тежка вода, детекторът Dune Far ще използва "най-съвременната технология за прожектиране на време с течен аргон (LArTPC) за масивния неутрино детектор, планиран в лабораторията в Санфорд", според DUNE.

Понастоящем Dune Far Detector се инсталира на 1475 метра под земята в подземното изследователско съоръжение в Санфорд в Олово, Южна Дакота. [Източник на изображението:ДЮН]

Четири криостатични детектора, разположени в Dune Far, ще съберат общо 70 000 тона на течен аргон, който ще действа като цел за излъчваните неутрино на повече от 1000 километра. За да поддържа аргона в течно състояние, централно охлаждащо устройство поддържа течността в замръзване -184 градуса по Целзий

Четири криогенни детектора, съдържащи 17 000 тона аргон, всеки действа като цел за неутрино. Централно охлаждащо устройство поддържа аргона при 184 градуса по Целзий под нулата. [Източник на изображението:ДЮН]

Вътре в детектора има телени равнини, които индиректно измерват броя и енергийните нива на всеки сблъсък, който се случва. Детекторите изпращат сигналите към система, която интерпретира данните, точно картографирайки траекторията на индивидуално взаимодействие на неутрино.

Телените равнини индиректно откриват взаимодействия на неутрино с аргон. [Източник на изображението:ДЮН]

Когато неутрино взаимодейства с аргона в детектора, мюонните и протонните частици се изхвърлят. След това изхвърлените частици избиват електроните от течния аргон. Тогава зарядът може да бъде открит от телените равнини. Взаимодействието оставя следи от частици, които една сложна компютърна система компилира във визуално изображение с въвеждането на събраните данни.

Следа от частици, създадена след взаимодействие на неутрино с течен аргон. [Източник на изображението:ДЮН]

Видеото по-долу демонстрира какво се случва, когато неутрино взаимодейства с аргон.

Защита на детекторите от космически лъчи

Погребването на детекторите на километър под земята изглежда пресилено, въпреки че е напълно необходимо да се предпазят детекторите от космически лъчи. Космическите лъчи, произхождащи от космоса, непрекъснато бомбардират горната атмосфера с високоенергийни частици - обикновено протони. Всяко взаимодействие отделя дъжд от частици, които се стичат надолу към Земята.

Детекторите са ултра чувствителни и високоенергийните частици носят достатъчно енергия, за да нарушат или повредят детекторите. Частиците се изсипват толкова често, DUNE прогнозира, че „мюоните с космически лъчи преминават през ръката ви със скорост повече от една в секунда“.

Неутронната физика е все още в зародиш, но много повече детектори непрекъснато се конструират по целия свят. Въпреки че неуловимите частици все още остават голяма загадка, учените се надяват, че с новите допълнения на детектора DUNE и други експерименти, учените ще могат да обединят вътрешната работа на частиците и Вселената, каквато я познаваме.

ЧрезДЮН

ВИЖТЕ СЪЩО: Нова двойно очарована частица току-що е открита в ЦЕРН

Написано от Maverick Baker


Гледай видеото: Eyes on the Skies Full movie (Юни 2021).