Los científicos tienen una nueva ventana en la búsqueda de materia oscura:un recipiente acrílico que presenta una agrupación de tanques transparentes de 12 pies de altura con paredes de 1 pulgada de espesor.

Los tanques, que rodeará un detector central para un experimento de casi una milla de profundidad en construcción en Dakota del Sur llamado LUX-ZEPLIN (LZ), se llenará de líquido que produce pequeños destellos de luz en algunas interacciones de partículas.

Los científicos rastrearán estos destellos de luz con un sistema de adquisición de datos y reconstruirán sus posibles fuentes. Además de sostener el centelleador líquido, los tanques también servirán como un escudo para algún "ruido" de partículas no deseadas que podrían interferir con otras, señales buscadas, y como sistema de veto, una especie de detector de mentiras que puede ayudar a los científicos a distinguir las detecciones falsas de materia oscura de un descubrimiento real.

Materia oscura, que constituye aproximadamente el 85 por ciento de toda la materia en el universo, nunca se ha visto directamente, aunque los científicos detectan su presencia a través de efectos gravitacionales. Las estrellas en galaxias espirales por ejemplo, Se ha observado que se mueven alrededor del centro aproximadamente a la misma velocidad incluso a distancias muy diferentes, lo que les dice a los científicos que hay algo más en juego que causa este efecto inesperado.

Si bien no sabemos de qué está compuesta la materia oscura, El experimento LZ está diseñado para cazar a uno de los principales sospechosos:una partícula teorizada conocida como WIMP, o partícula masiva de interacción débil.

Una colaboración internacional, involucrando a unos 250 científicos, ingenieros y técnicos de 38 instituciones, está trabajando en LZ. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de EE. UU. (Berkeley Lab) supervisa la construcción e instalación de LZ. Se espera que el experimento LZ comience a tomar datos en 2020.

Los tanques acrílicos de LZ se diseñaron en segmentos para encajar en el hueco del ascensor en la instalación de investigación subterránea de Sanford (SURF), una antigua mina de oro en plomo, Dakota del Sur. LZ ocupará una caverna recientemente renovada en SURF que anteriormente fue el hogar de su predecesor más pequeño, el experimento LUX (Large Underground Xenon).

LZ está diseñado para ser al menos 100 veces más sensible a posibles señales de partículas de materia oscura que LUX. El sistema de veto formado por los tanques acrílicos y una secuencia relacionada de detectores sensibles a la luz mejorará la capacidad de LZ para descartar señales que no sean de materia oscura.

Los cuatro tanques acrílicos más grandes de LZ, que están diseñados y contorneados a medida, medir 12.3 pies de alto, 7.5 pies de ancho, y 3.4 pies de grosor, y pesar 1, 500 libras cada uno. Dos llegaron a SURF a principios de este mes, y los otros dos se entregarán en el próximo mes. Seis tanques más pequeños, tres que se ubicarán encima del detector principal y tres que se ubicarán debajo de él, llegarán a fin de año.

"Parece un sable láser gigante cortado en cuartos desde la parte superior, "dijo Harry Nelson, un profesor de física de UC Santa Barbara que supervisa el esfuerzo de los tanques acrílicos para LZ. Nelson compara los tanques con una de las espadas ligeras míticas que aparecen en las películas de ciencia ficción de "Star Wars". UC Santa Barbara ha servido como líder técnico de los tanques, supervisando su diseño, fabricación comercial, pruebas, y transporte.

Los investigadores diseñaron un marco especial para soportar y proteger los tanques que permitirá a los trabajadores maniobrar los tanques a través del complejo de túneles hasta su lugar de descanso. Se utilizará un aparejo especial adjunto a este marco para suspender cada uno de los componentes del tanque grande debajo del elevador en SURF para su viaje bajo tierra. "Cada segmento se colgará como un adorno navideño desde la parte inferior del elevador, "Dijo Nelson.

Simon Fiorucci, un físico de Berkeley Lab que supervisa las operaciones de LZ en SURF, dijo, "Esta es la primera instancia de instalación significativa de equipos detectores LZ en el laboratorio subterráneo. Es un hito importante para el proyecto, y es un muy buen augurio para el año ajetreado que tenemos por delante ".

Otros experimentos de física también han utilizado acrílico para contener tanques, Nelson señaló, incluyendo la nave esférica de 12 pies del Observatorio de Neutrinos de Sudbury en Ontario, Canadá.

En total, los 10 tanques que rodearán el detector central cilíndrico en LZ contendrán alrededor de 17 toneladas de un centelleador líquido conocido como alquilbenceno lineal, que se usa más comúnmente como ingrediente en detergentes y otros productos de limpieza. El detector cilíndrico central está construido con titanio de ultra alta pureza y contendrá 10 toneladas de xenón líquido ultrapurificado, un elemento raro cuyos átomos pueden emitir ráfagas de luz en interacciones de partículas.

"Las búsquedas recientes de materia oscura han descubierto que los neutrones pueden ser un fondo pernicioso, con la capacidad de imitar una señal de materia oscura, "dijo Carter Hall, Portavoz de LZ y profesor de física en la Universidad de Maryland. Los neutrones son partículas sin carga que residen en núcleos atómicos. "Los tanques acrílicos y su carga útil de centelleo líquido proporcionarán una potente señal de rechazo de neutrones para que LZ no se deje engañar".

Como capas de cebolla los tanques acrílicos encajarán cómodamente alrededor del detector LZ central y estarán rodeados por un tanque grande con capacidad para aproximadamente 60, 000 galones (230 toneladas) de agua ultrapura.

"Todo debe encajar dentro de una tolerancia de un cuarto de pulgada, "dijo Sally Shaw, un investigador postdoctoral de la UC Santa Bárbara que ha estado trabajando para garantizar que los tanques cumplan con los rigurosos requisitos del experimento LZ.

Los tanques se limpiaron de adentro hacia afuera antes de enviarlos al sitio de SURF, ella anotó.

"Cualquier radiactividad dentro de los tanques creará luz, ", dijo." Hay un procedimiento que implica limpiarlos con solventes. Luego usamos agua desionizada y un polvo de limpieza especial, con alguien acostado dentro de los tanques. Implica mucho enjuague, y probar la pureza del agua enjuagada. Es un gran trabajo ".

Los investigadores de UC Santa Barbara trabajaron en estrecha colaboración con el fabricante de los tanques, Tecnología de polímeros Reynolds en Grand Junction, Colo., diseñar y diseñar los robustos marcos utilizados para proteger los tanques durante el transporte. Los marcos estaban pintados de rosa El color favorito de Shaw, en reconocimiento a sus muchas contribuciones al proyecto.

Los investigadores de LZ se embarcaron en muchos viajes al sitio de fabricación de los tanques para supervisar el proceso en varias etapas.

Después de que todos los tanques se bajen a la caverna de investigación y al tanque de agua vacío donde se instalará LZ, permanecerán en envoltorio protector hasta las etapas finales de ensamblaje a fines de 2019.