Wydma Fermilaba wyśle ​​neutrina na odległość 800 km, aby zbadać cząstki duchy

• Neutrina to maleńkie cząstki, które mogą kryć tajemnice największych tajemnic wszechświata.
• Projekt DUNE ma nadzieję dowiedzieć się więcej o tych trudnych do zbadania „cząsteczkach duchów”.
• W tym celu w ramach projektu wyślemy neutrina na odległość około 800 mil między Illinois a Dakotą Południową.

Prawie siedem lat temu ekipy rozpoczęły transport 800 000 ton skał z jednego miejsca Dawna kopalnia złota W pobliżu Lead w Południowej Dakocie.

Powstałe trzy podziemne jaskinie mają 150 metrów długości i są prawie wystarczająco długie, aby pomieścić siedmiopiętrowy budynek.

Oczekuje się, że projekt DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) będzie kosztować co najmniej 3 miliardy dolarów i jest prowadzony przez naukowców z Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Fermilab.

Docelowo każda jaskinia będzie zawierać 17 500 ton ciekłego argonu, który pomoże fizykom Fermilabu wykryć nieuchwytne cząstki zwane neutrinami, znanymi również jako „cząstki duchy”.

Neutrina to cząstki subatomowe, które są wszędzie wokół ciebie i przechodzą przez ciebie niezauważone. Tworzy je słońce. Tworzą je supernowe. Nawet banany wytwarzają neutrina.

„Jeśli podniesiesz rękę, przez twoją rękę przejdzie 10 miliardów neutrin ze Słońca” – powiedziała Business Insiderowi Mary Pichai, fizyk i rzeczniczka DUNE.

Neutrina nazywane są cząstkami duchami, ponieważ nie mają ładunku elektrycznego i dlatego rzadko wchodzą w interakcje z czymkolwiek, z czym się zetkną.

To również sprawia, że ​​niezwykle trudno je badać, choć naukowcy upierają się, że neutrina mogą być kluczem do odkrycia tajemnic wszechświata, od tego, co wydarzyło się tuż po Wielkim Wybuchu, po obserwację narodzin czarnej dziury.

Wiązka neutrin między Illinois a Dakotą Południową

Trudno jest zbadać cząstkę, która nie emituje promieniowania i jest lżejsza od elektronu. „Interakcje neutrin są jak igły w stogu siana” – powiedział Pichai.

Naukowcy z Fermilabu chcą badać neutrina z niespotykaną dotychczas szczegółowością za pomocą DUNE.

Dlatego DUNE będzie dysponować największym w historii detektorem neutrin.

Po zakończeniu eksperyment ma się rozpocząć od serii… Akceleratory cząstek W Fermilab pod Chicago, Illinois.

Akceleratory wystrzelą najpierw niezwykle potężną wiązkę neutrin przez detektor w Fermilabie. Wiązka będzie następnie przemieszczać się pod ziemią na odległość 1300 km do detektorów w ośrodku badawczym Sanford Underground Research Facility w Południowej Dakocie.

Po drodze neutrina zrobią coś dość dziwnego. Istnieją trzy rodzaje neutrin, a cząstki mogą przełączać się między nimi, co jest zjawiskiem znanym jako oscylacja. Jeden z naukowców Fermilabu porównał go do kota domowego transformacja Do jaguara, a potem tygrysa, zanim powrócił do swojej pierwotnej formy.

Śledzenie zmian neutrin na tak dużych odległościach między Illinois a Dakotą Południową pomoże naukowcom lepiej zrozumieć te oscylacje, dając im pełniejszy obraz niż obecny eksperyment Fermilab NOvA obejmujący odległość 500 mil między Illinois a Minnesotą.

Robienie tego wszystkiego milę pod ziemią chroni maleńkie, oscylujące cząstki przed energetycznymi promieniami kosmicznymi, które co sekundę spadają na powierzchnię Ziemi i mogą zakłócać dane.

Rozwiąż tajemnice wszechświata

Naukowcy mają nadzieję odpowiedzieć za pomocą DUNE na trzy kluczowe pytania: dlaczego wszechświat składa się z materii, a nie z antymaterii, co się dzieje, gdy gwiazda zapada się i czy protony rozpadają się?

„Zaraz po Wielkim Wybuchu materia i antymateria powstały w mniej więcej równych ilościach” – powiedział Pichai. Jednak dzisiaj, z tego, co mogą stwierdzić naukowcy, wszechświat składa się prawie wyłącznie z materii.

„Dlaczego otrzymaliśmy wszechświat materii, a nie wszechświat antymaterii?” ona dodała.

Wiązka DUNE ma za zadanie wytwarzać zarówno neutrina, jak i antyneutrina, czyli wersję antymaterii. Przyglądanie się oscylacjom każdego typu może pomóc naukowcom dowiedzieć się, co stało się z całą antymaterią.

Beshai powiedział, że projekt dotyczy także fizyki supernowych.

W 1987 roku astronomowie byli świadkami jasnej eksplozji supernowej w mniejszej odległości niż jakakolwiek inna eksplozja w ciągu około 400 lat. Dzięki dostępnym wówczas detektorom mogli wykryć jedynie około kilkudziesięciu neutrin.

Pichai powiedział, że prawdopodobieństwo eksplozji kolejnej pobliskiej gwiazdy w ciągu następnej dekady wynosi 40 procent, a Fermilab ma nadzieję, że przynajmniej jeden z jego detektorów w Południowej Dakocie zacznie działać na czas.

Tak duży detektor mógłby wychwycić tysiące neutrin i dać wgląd w proces powstawania czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

Wreszcie naukowcy nie zaobserwowali jeszcze rozpadu protonów, ale teoria przewiduje, że tak się stanie. Protony to małe, dodatnio naładowane cząstki będące częścią jądra atomu.

Obserwacja rozpadu protonów miałaby konsekwencje dla przekonania Alberta Einsteina, że ​​jedna teoria może zjednoczyć wszystkie siły w przyrodzie.

Jeśli protony rozpadłyby się, zajęłoby to około 10 miliardów bilionów bilionów lat. Ale Pichai powiedział, że detektory neutrin mogą szukać różnych oznak rozpadu protonów. „Będziemy mieli okazję je zobaczyć, jeśli te wielkie, zunifikowane teorie są prawdziwe”.

Ambitny projekt

Obecnie na całym świecie realizowanych jest kilka projektów w zakresie neutrin, w tym Japoński Kompleks Badawczy Akceleratora Protonów (J-PARC) i Europejska Organizacja Badań Jądrowych (CERN).

To, co czyni DUNE wyjątkowym, to wykorzystanie argonu i duża odległość między detektorami bliskimi i dalekimi.

Projekt napotkał pewne niepowodzenia w budżecie i harmonogramie, Amerykański naukowiec Raportowane za rok 2022. Ma mieć cztery detektory argonu, ale zacznie się od dwóch.

Pichai powiedział, że pierwszy detektor może zacząć działać do końca 2028 r., a drugi – w przyszłym roku. Elementy te będą gotowe na wypadek wybuchu supernowej, ale część belkowa będzie gotowa dopiero w 2031 roku.

Jednak Pichai uważa, że ​​w ramach projektu osiągnięto już jedno ze swoich największych osiągnięć – współpracę około 1400 osób z 36 krajów. „To wielka nauka” – powiedziała. „To także duża flaga międzynarodowa”.