P:¿Cómo se obtiene un 5? 000 libras, Detector de partículas de 9 pies de altura, diseñado para cazar materia oscura, casi una milla bajo tierra?

R:Con mucho cuidado.

La semana pasada, Los equipos de la instalación de investigación subterránea de Sanford (SURF) en Dakota del Sur sujetaron el componente central de LUX-ZEPLIN (LZ), el mayor experimento de detección directa de materia oscura en los EE. UU., debajo de un ascensor y s-l-o-w-l-y lo bajó 4, 850 pies por un pozo que antes se usaba en operaciones de extracción de oro.

Este viaje final del detector central de LZ el 21 de octubre a su lugar de descanso en una caverna de investigación construida a medida requirió una planificación extensa e involucró dos movimientos de prueba de un detector "ficticio" para garantizar su entrega segura.

"Este fue el movimiento más desafiante de un sistema de detección que he hecho en décadas de trabajo en experimentos, "dijo Jeff Cherwinka, el ingeniero jefe de LZ de la Universidad de Wisconsin, quien dirigió el esfuerzo de planificación para la mudanza junto con los ingenieros de SURF y otro tipo de soporte.

Jake Davis, un ingeniero mecánico de SURF que trabajó en el movimiento del criostato, dijo, "Entre el tamaño del dispositivo, los confines del espacio, y los múltiples grupos involucrados en la mudanza, todo el proceso requirió una atención rigurosa tanto al diseño como a la programación. Antes de colocar el detector debajo de la jaula, hicimos pruebas con otras grúas para ver cómo reaccionaba cuando estaba suspendida. También completamos el análisis y las pruebas para asegurarnos de que se mantuviera bien y recto en el eje ".

Él agregó, "El viaje fue lento, alrededor de 100 pies por minuto. El viaje a las 4 El nivel de 850 pies generalmente toma de 13 a 15 minutos. Hoy dia, tomó cerca de 45 minutos. Cabalgué en la jaula mirándolo a través de un puerto de inspección en el piso. Hubo un gran suspiro de alivio después de la mudanza, pero todavía queda mucho trabajo por delante para terminar LZ ".

Teresa Fruth, un investigador postdoctoral en el University College de Londres que trabaja en el detector central de LZ, dijo que mantener LZ bien sellado de cualquier contaminante durante su viaje era una alta prioridad, incluso el más mínimo rastro de polvo y suciedad podría finalmente afectar sus mediciones.

"Desde una perspectiva científica, queríamos que el detector bajara exactamente como estaba en la superficie, ", dijo." La integridad estructural es increíblemente importante, pero también lo es la limpieza, porque hemos estado construyendo este detector durante 10 meses en una sala limpia. Antes de la mudanza el detector se embolsó dos veces, luego insertado en la estructura del transportador. Luego, el transportador se envolvió con otra capa de plástico resistente. También necesitamos mover todo nuestro equipo bajo tierra para que podamos hacer el resto del trabajo de instalación bajo tierra ".

El detector central, conocido como el criostato LZ y la cámara de proyección del tiempo, finalmente se llenará con 10 toneladas de xenón líquido que se enfriará a menos 148 grados Fahrenheit. Los científicos esperan ver señales reveladoras de partículas de materia oscura que se producen cuando interactúan con los átomos pesados ​​de xenón en este criostato.

La forma líquida del xenón, un elemento muy raro, es tan denso que un trozo de granito puede flotar sobre su superficie. Es esta densidad, debido al gran peso atómico del xenón, eso lo convierte en un buen candidato para capturar interacciones de partículas.

El criostato es un tanque grande, ensamblado de titanio ultrapuro, mide aproximadamente 5,5 pies de diámetro. Contiene sistemas con un total de 625 tubos fotomultiplicadores que se colocan en su parte superior e inferior (ver un artículo relacionado). Estos tubos están diseñados para capturar destellos de luz producidos en interacciones de partículas.

Pawel Majewski del Laboratorio Rutherford Appleton en el Reino Unido, quien lideró el diseño, fabricación, limpieza, y entrega del recipiente criostato interno de LZ para el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido, dijo, "Ahora es extremadamente gratificante verlo ... sosteniendo el corazón del experimento y descansando en su lugar final en el campus de Davis, una milla bajo tierra ".

LZ está diseñado para buscar partículas de materia oscura teorizadas llamadas WIMP, o partículas masivas que interactúan débilmente. La materia oscura constituye aproximadamente el 27 por ciento del universo, aunque todavía no sabemos de qué está hecho y solo lo hemos detectado a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia normal.

Es 100 veces más sensible que su experimento predecesor, llamado LUX, que operaba en el mismo espacio subterráneo. Colocar LZ bajo tierra sirve para protegerlo de gran parte del bombardeo constante de partículas que están presentes en la superficie de la Tierra.

El criostato de LZ estará rodeado por un tanque lleno de un líquido conocido como centelleador que también estará equipado con una serie de tubos fotomultiplicadores y está diseñado para ayudar a eliminar las señales falsas del "ruido" de partículas no deseadas. Y el criostato y el tanque de centelleo estarán incrustados dentro de un gran tanque de agua que proporciona una capa de amortiguación adicional contra las señales de partículas no deseadas.

Si bien el detector principal de LUX era lo suficientemente pequeño como para caber en el elevador SURF, El criostato de LZ encaja perfectamente en el hueco del ascensor.

Primero se trasladó fuera de una sala limpia en el nivel de la superficie, recogido con carretilla elevadora, y llevado a su posición debajo de la caja del ascensor. Luego se adjuntó a la parte inferior de la jaula con eslingas y correas, donde se movió lentamente hasta el nivel de la Caverna Davis, su lugar de descanso final.

Una vez separado de la jaula del ascensor, se movió usando patines de aire sobre una superficie ensamblada temporalmente, similar a cómo se mueve un disco de hockey de aire sobre la superficie de la mesa. Debido al tamaño del criostato, Las cuadrillas primero tuvieron que remover temporalmente los conductos subterráneos para permitir el movimiento.

Murdock "Gil" Gilchriese, Director del proyecto LZ y físico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), dijo, "Próximo, el criostato se envolverá con varias capas de aislamiento, y se instalarán algunos otros componentes exteriores ". Berkeley Lab es la institución líder del proyecto LZ.

"Luego se bajará al recipiente exterior del criostato, ", agregó." Tomará meses conectar y revisar todos los cables y hacer que todo esté a prueba de vacío ". La mayor parte del trabajo de LZ ahora se concentra bajo tierra, él dijo, con múltiples turnos de trabajo programados para completar el montaje y la instalación de LZ.

Hay planes para comenzar a probar el proceso de licuefacción de gas xenón para LZ en noviembre utilizando un criostato simulado. y para llenar el criostato real con xenón en la primavera de 2020. La finalización del proyecto podría llegar en julio de 2020, Dijo Gilchriese.