Los investigadores examinan el detector de xenón LUX-ZEPLIN envuelto en papel de aluminio. Crédito:Matt Kapust
El componente clave del experimento LUX-ZEPLIN está listo para ser sellado y bajado casi 1,5 km bajo tierra. donde buscará materia oscura.
La materia oscura es una forma misteriosa de materia que se cree que constituye alrededor del 85 por ciento de la masa del universo. Sin embargo, porque se predice que interactuará solo muy débilmente con la materia ordinaria, hasta ahora no se ha detectado.
LUX-ZEPLIN (LZ) será el experimento de materia oscura más sensible jamás construido. El 26 de julio los investigadores terminaron de ensamblar su pieza central, la cámara de proyección de tiempo de xenón líquido (TPC), en la instalación de investigación subterránea de Sanford en Dakota del Sur, NOSOTROS..
"Este detector de xenón estará en el corazón del experimento de materia oscura LZ, "dijo el profesor Henrique Araújo, del Departamento de Física del Imperial College de Londres, quien lidera los esfuerzos de colaboración de LZ en el Reino Unido y codirigió el desarrollo del TPC con el profesor Tom Shutt del SLAC National Accelerator Laboratory.
13, 500 horas de esfuerzo
Para ensamblar el TPC, 250 miembros de 37 instituciones de todo el mundo se reunieron para garantizar la mecánica, óptico, eléctrico, Se cumplieron los requisitos radiológicos y de limpieza del proyecto.
El detector de xenón LUX-ZEPLIN recientemente ensamblado en la sala limpia del laboratorio de ensamblaje de superficies en las instalaciones de investigación subterránea de Sanford el 26 de julio de 2019. Crédito:Matt Kapust.
La fabricación de las decenas de miles de componentes que componen el TPC se inició en 2015, y montaje del instrumento se inició en diciembre de 2018. La etapa de integración involucró 13, 500 horas de esfuerzo, una fracción significativa de las cuales se dedicó a mantener las condiciones ultralimpias requeridas en el laboratorio de ensamblaje a nivel de superficie.
Próximo, se insertará en su recipiente de criostato, una cámara que mantiene temperaturas frías, y se bajará casi 1,5 km bajo tierra a una mina de oro en desuso. listo para detectar, con suerte, la materia oscura. Está previsto que las operaciones comiencen a mediados de 2020.
"Tenemos algunas cosas en común con un programa espacial, "dijo el profesor Araújo." Antes del lanzamiento, haces todo tu trabajo sobre el terreno durante años, perfeccionando la ingeniería para que su instrumento funcione sin importar qué. LZ es un poco como un experimento espacial, solo se dirigió en la dirección opuesta. No podemos exponerlo al aire subterráneo, eso comprometería su desempeño. Una vez que lo implemente bajo tierra, eso es todo. Tiene que funcionar ".
Detectando WIMP
Una vez bajo tierra el detector se enfriará a -100 ° C y se llenará con diez toneladas de xenón líquido. Como el xenón es un elemento pesado, Existe una mayor probabilidad de que los átomos de xenón interactúen con partículas hipotéticas de materia oscura llamadas WIMP, partículas masivas que interactúan débilmente.
Los investigadores creen que si un WIMP interactúa con un átomo de xenón, producirá dos destellos de luz. Uno aparece de inmediato, cuando la partícula choca con un átomo de xenón, que retrocede a través del líquido. El segundo es generado por electrones sacudidos por la colisión, que son guiados a la parte superior del detector y acelerados a través de una capa de xenón gaseoso por encima del líquido.
El detector se inspecciona con luz ultravioleta. Crédito:Nicolas Angelides
Aunque estos destellos serían imperceptibles para el ojo humano, el detector está revestido con cientos de tubos fotomultiplicadores. Estos sensores ultrasensibles pueden amplificar una señal incluso de un solo fotón de luz.
Décadas de desarrollo
El diseño de TPC empleado por LZ se ha perfeccionado durante décadas de experimentación con detectores similares que permiten a los investigadores determinar dónde ocurre una interacción. y si es probable que se deba a una interacción de fondo en el instrumento o una verdadera señal de materia oscura. Entre estos se encuentran el experimento ZEPLIN-III en la mina Boulby en North Yorkshire, dirigido por Imperial, y el experimento LUX liderado por Estados Unidos, que dio lugar a LZ.
Estar enterrado bajo tierra protege al experimento de demasiadas interacciones de fondo de procesos fácilmente detectados en la superficie que podrían oscurecer una señal de materia oscura. como los rayos cósmicos que bañan la Tierra desde el espacio exterior.
El profesor Shutt dijo:"El TPC es un sistema complejo y es un gran logro tenerlo completamente ensamblado. Nos acerca un paso importante más cerca de poder buscar materia oscura.
"También es gratificante porque implicó el ensamblaje de una gran cantidad de subsistemas diseñados y construidos por grupos en los EE. UU. Y el Reino Unido durante varios años. es una especie de unión para la colaboración ".
