Un gran equipo internacional de investigadores, incluidos científicos de la Universidad Estatal de Kansas, está recurriendo a partículas diminutas para abordar grandes preguntas sobre la materia oscura. agujeros negros y los orígenes del universo.
El experimento de neutrinos subterráneos profundos, o DUNE, tiene como objetivo responder a estas preguntas mediante la detección y el estudio de neutrinos. Viernes, 21 de julio marcó el inicio de la construcción de la Instalación de Neutrinos de Línea de Base Larga, que albergará a DUNE.
La instalación de neutrinos enviará partículas a 800 millas a través de la tierra desde Chicago a un detector de una milla de profundidad en Dakota del Sur. Los investigadores de la Universidad Estatal de Kansas están involucrados en la organización del proyecto y están desarrollando el sistema de alto voltaje del experimento.
"A nivel nacional, DUNE es el proyecto de máxima prioridad en la Oficina de Física de Altas Energías del Departamento de Energía de EE. UU. "dijo Tim Bolton, profesor de física. "Es importante para nosotros involucrarnos con la comunidad científica internacional en proyectos innovadores como este".
Bolton forma parte del equipo de liderazgo que organiza el experimento y Glenn Horton-Smith, profesor de física, está ayudando a desarrollar el sistema de alto voltaje del experimento. Tanto Bolton como Horton-Smith son expertos en física experimental de partículas y alta energía y han estado involucrados desde las primeras fases de planificación de DUNE. Otros investigadores universitarios involucrados incluyen Ajib Paudel, estudiante de doctorado en física, Nepal; Heng-ye Liao, becario postdoctoral en física; y el Laboratorio de Diseño de Electrónica, dirigido por los ingenieros Tim Sobering y Russell Taylor.
"Este proyecto nos permite trazar áreas inexploradas, ", Dijo Horton-Smith." Podemos adquirir conocimientos en física fundamental, así como en el universo temprano ".
DUNE es una gran colaboración internacional de aproximadamente 1, 000 científicos e ingenieros de 30 países. La Instalación de Neutrinos de Línea de Base Larga de DUNE involucra dos instalaciones de EE. UU.:El Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de los EE. UU. En Illinois enviará un rayo de neutrinos a 800 millas a través de la tierra hasta la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur.
Durante el proceso de construcción de 10 años, los trabajadores excavarán más de 800, 000 toneladas de roca para crear enormes cavernas subterráneas para enormes detectores de partículas, lo que permitirá a los investigadores estudiar y comprender los neutrinos. Los neutrinos son las partículas de materia más abundantes del universo, sin embargo, se sabe muy poco sobre su papel en la evolución del universo. Los científicos estudiarán las interacciones que los neutrinos hacen con los átomos de argón para aprender más sobre estas escurridizas pero abundantes partículas.
Los investigadores de la Universidad Estatal de Kansas están desarrollando el sistema de alto voltaje para el detector en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur. El detector de cuatro pisos estará a casi una milla bajo tierra y estará lleno de argón líquido. Los investigadores de la universidad han diseñado un sistema que gestiona y distribuye de forma segura tensiones de más de 100, 000 voltios y crea un campo eléctrico igual entre los dos grandes electrodos que componen el detector.
Los investigadores de la universidad también han estado involucrados en la construcción del sistema de alta tensión, que debe doblarse para que quepa en un espacio pequeño y luego desplegarse manteniendo las conexiones eléctricas.
"Es como construir un barco en una botella, "Horton-Smith dijo." Ha involucrado mucha ingeniería y física para asegurar que este diseño mantenga una conexión confiable durante el proceso de construcción ".
Para prepararse para DUNE, los investigadores están participando en una prueba de prototipo más pequeña que se está ensamblando actualmente en el CERN, la Organización Europea de Investigación Nuclear, cerca de Ginebra. Los físicos universitarios se han involucrado en el diseño, pruebas, Entrega y producción del sistema de alta tensión para el prototipo. El equipo analizará los datos del prototipo y realizará mejoras de diseño antes de instalar el sistema real de alto voltaje en la instalación de neutrinos de línea de base larga durante las últimas etapas de construcción.
Cuando la instalación de neutrinos esté en funcionamiento, Bolton, Horton-Smith y los otros investigadores universitarios esperan que los científicos aprendan más sobre la relación entre la materia y la antimateria. Mientras todo está hecho de materia, su socio opuesto, la antimateria, es muy raro y solo puede ser creado por la física de altas energías. La investigación de DUNE puede ayudar a resolver un gran enigma de la física:¿por qué el universo está hecho de toda materia cuando podría ser una mezcla igual de materia y antimateria?
"Es un gran enigma entender cómo se aplican las reglas de la física a una escala muy grande, ", Dijo Bolton." Este proyecto es una inversión a largo plazo, pero hay muchos beneficios a medida que aprende más sobre las formas fundamentales en que funciona la naturaleza ".
