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    Los científicos reconstruyen el mayor experimento de materia oscura con sede en EE. UU.

    Las matrices de tubos fotomultiplicadores superior (izquierda) e inferior se preparan para LZ en la instalación de investigación subterránea de Sanford en Lead, Dakota del Sur. Crédito:Matt Kapust / SURF

    La mayoría de los componentes restantes necesarios para ensamblar completamente un experimento subterráneo de búsqueda de materia oscura llamado LUX-ZEPLIN (LZ) llegaron a la casa del proyecto en Dakota del Sur durante una avalancha de entregas en junio.

    Cuando esté completo, LZ será el más grande, El experimento más sensible con sede en EE. UU. hasta ahora diseñado para detectar directamente partículas de materia oscura. Los científicos de todo el mundo han intentado durante décadas resolver el misterio de la materia oscura, que constituye aproximadamente el 85 por ciento de toda la materia en el universo, aunque hasta ahora solo lo hemos detectado indirectamente a través de efectos gravitacionales observados.

    La mayor parte de los componentes digitales del sistema electrónico de LZ, que está diseñado para transmitir y registrar señales de interacciones de partículas siempre leves en el recipiente detector de núcleos de LZ, estuvieron entre los recién llegados a la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford (SURF). NAVEGAR, el sitio de una antigua mina de oro ahora dedicada a un amplio espectro de investigación científica, también fue el hogar de un experimento de búsqueda predecesor llamado LUX.

    Un conjunto final de recipientes acrílicos que encajan perfectamente, que se llenará con un líquido especial diseñado para identificar señales falsas de materia oscura en el detector interno de LZ, también llegó a SURF en junio.

    También, las dos últimas de las cuatro rejillas de alambre intrincadamente tejidas que son esenciales para mantener un campo eléctrico constante y extraer señales del detector interno del experimento, también llamada cámara de proyección de tiempo, llegó en junio (ver artículo relacionado).

    Una rejilla de alambre intrincadamente delgada es visible (haga clic en la imagen para ver un tamaño más grande) encima de una matriz de tubos fotomultiplicadores. Los componentes forman parte del detector interno LZ. Crédito:Matt Kapust / SURF

    "LZ logró hitos importantes en junio. Fue el mes más activo para entregar cosas a SURF; fue el pico, ", dijo el director del proyecto LZ, Murdock Gilchriese, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab). Berkeley Lab es la institución líder del proyecto LZ, que cuenta con el apoyo de una colaboración internacional que cuenta con alrededor de 37 instituciones participantes y alrededor de 250 investigadores y miembros del equipo de apoyo técnico.

    "Dentro de unos meses, toda la acción en LZ será en SURF; ya estamos cerca de tener todo allí, "Dijo Gilchriese.

    Mike Headley, director ejecutivo de SURF, dijo, "Nos hemos estado preparando colectivamente para estas entregas durante algún tiempo y todo ha ido muy bien. Ha sido emocionante ver el progreso del trabajo de ensamblaje del experimento y esperamos bajar el detector ensamblado una milla bajo tierra para su instalación".

    Todos estos componentes se transportarán por un pozo y se instalarán en una caverna de investigación de casi una milla de profundidad. La roca de arriba proporciona un escudo natural contra gran parte del constante bombardeo de partículas que caen sobre la superficie del planeta y producen un "ruido" no deseado.

    Los componentes de LZ también se han probado y seleccionado minuciosamente para garantizar que los materiales de los que están hechos no interfieran con las señales de partículas que los investigadores están tratando de descifrar.

    Los componentes del proyecto LUX-ZEPLIN se almacenan dentro de un tanque de agua a casi una milla bajo tierra. El detector interno se instalará en el soporte central que se muestra aquí, y los recipientes de acrílico (envueltos en blanco) encajarán perfectamente alrededor de este detector interno. Crédito:Matt Kapust / SURF

    LZ se centra particularmente en encontrar un tipo de partícula teórica llamada partícula masiva de interacción débil o WIMP mediante la activación de una secuencia única de señales luminosas y eléctricas en un tanque lleno de 10 toneladas métricas de xenón líquido altamente purificado. que se encuentra entre los elementos más raros de la Tierra. Las propiedades de los átomos de xenón les permiten producir luz en determinadas interacciones de partículas.

    La prueba de partículas de materia oscura cambiaría fundamentalmente nuestra comprensión de la composición del universo, ya que nuestro Modelo Estándar de Física actual no da cuenta de su existencia.

    El montaje de la cámara de proyección de tiempo de xenón líquido para LZ está ahora completo en un 80 por ciento, Dijo Gilchriese. Cuando esté completamente ensamblado a finales de este mes, este detector interno contendrá alrededor de 500 tubos fotomultiplicadores. Los tubos están diseñados para amplificar y transmitir señales producidas dentro de la cámara.

    Una vez montado, la cámara de proyección de tiempo se bajará cuidadosamente a un recipiente de titanio personalizado que ya está en SURF. Antes de que se llene de xenón, esta cámara se bajará a una profundidad de aproximadamente 4, 850 pies. Se llevará en un marco especialmente diseñado para minimizar las vibraciones, y luego flotó en la caverna experimental a través de una pista de metal ensamblada temporalmente en discos bombeados por aire conocidos como patines de aire.

    Finalmente, se bajará a un recipiente exterior de titanio más grande, ya bajo tierra, para formar el criostato aislado al vacío final necesario para albergar el xenón líquido.

    Una serie de tubos fotomultiplicadores que están diseñados para detectar señales que ocurren dentro del tanque de xenón líquido de LZ. Crédito:Matt Kapust / SURF

    Ese viaje de un día planeado en septiembre, será una experiencia emocionante para todo el equipo del proyecto, señaló Simon Fiorucci de Berkeley Lab, Subgerente de proyectos de LZ.

    "Sin duda será lo más estresante, esto es lo que realmente no puede fallar. Una vez que hayamos terminado con esto, gran parte de nuestro riesgo desaparece y gran parte de nuestra planificación se vuelve más fácil, " él dijo, agregando, "Este será el hito más grande que queda además de tener xenón líquido en el detector".

    Los equipos del proyecto pronto comenzarán a probar el sistema de circulación de xenón, ya instalado bajo tierra, que continuamente circulará xenón a través del detector interno, purifícalo aún más, y relicificarlo. Fiorucci dijo que los investigadores usarán alrededor de 250 libras de xenón para estas primeras pruebas.

    El trabajo también está a punto de completarse en el sistema de enfriamiento criogénico de LZ que se requiere para convertir el gas xenón en su forma líquida.

    Electrónica digital LZ, que finalmente se conectará a las matrices de tubos fotomultiplicadores y permitirá la lectura de señales de interacciones de partículas, fueron diseñados, desarrollado, entregado, e instalado por investigadores y personal técnico de la Universidad de Rochester en SURF en junio.

    En junio, investigadores de la Universidad de Rochester instalaron seis racks de hardware electrónico que se utilizarán para procesar señales del experimento LZ. Crédito:Universidad de Rochester

    "Toda nuestra electrónica ha sido diseñada específicamente para LZ con el objetivo de maximizar nuestra sensibilidad para las señales más pequeñas posibles, "dijo Frank Wolfs, profesor de física y astronomía en la Universidad de Rochester que supervisa los esfuerzos de la universidad.

    Señaló que más de 28 millas de cable coaxial conectarán los tubos fotomultiplicadores y sus componentes electrónicos amplificadores, que están siendo sometidos a pruebas en UC Davis, a los componentes electrónicos de digitalización. "La exitosa instalación de la electrónica digital y la red en línea y la infraestructura informática en junio nos hace ansiosos por ver emerger las primeras señales de LZ, "Añadió Wolfs.

    También en junio, Los participantes de LZ ejercitaron conexiones de datos de alta velocidad desde el sitio del experimento hasta el nivel de la superficie en SURF y luego al Berkeley Lab. Los datos capturados por la electrónica de los detectores se transferirán finalmente al centro de datos principal de LZ, el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación en Energía (NERSC) en Berkeley Lab a través de la Red de Ciencias de la Energía (ESnet), una red de datos nacional de alta velocidad con sede en Berkeley Lab.

    La producción de tanques acrílicos personalizados (ver artículo relacionado), que contendrá un líquido conocido como centelleador líquido, fue supervisado por participantes de LZ en la Universidad de California, Santa Bárbara.

    "Los últimos cinco tanques, entregado en junio, fueron fabricados utilizando un novedoso proceso de moldeo acrílico para ajustarse perfectamente alrededor del recipiente del criostato, "dijo Harry Nelson, profesor de física en UC Santa Barbara.

    "La asociación entre LZ y SURF es tremenda, como lo demuestra el éxito del trabajo de montaje hasta la fecha, ", Dijo Headley." Estamos orgullosos de ser parte del equipo de LZ y ser anfitriones de este experimento líder en el mundo en Dakota del Sur ".

    Los tres tanques de acrílico inferiores para el detector externo LUX-ZEPLIN durante la prueba en el proveedor de fabricación. Estos tanques se encuentran ahora en la instalación de investigación subterránea de Sanford en Lead, Dakota del Sur. Crédito:Colaboración LZ

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