Если выдержит 300 тысяч вольт — можно закапывать на полтора километра: CERN испытывает детектор будущего

Ученые начали испытания прототипа детектора для будущего эксперимента DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) — на него подали напряжение около 300 тысяч вольт. Тесты проходят на площадке CERN во Франции и должны подтвердить надежность одного из ключевых элементов крупнейшего международного проекта по изучению нейтрино.

Создание однофазного детектора ProtoDUNE в ЦЕРНе. Фото: CERN / Yale University*

Эксперимент DUNE возглавляет Национальная ускорительная лаборатория имени Ферми (Fermilab), входящая в структуру Министерства энергетики США. Его главная задача — выяснить, почему после Большого взрыва во Вселенной осталось значительно больше вещества, чем антивещества. Ответ на этот вопрос может помочь объяснить само существование звезд, планет и жизни.

Испытания проводят на полномасштабном прототипе ProtoDUNE Vertical Drift. В новой конструкции исследователи отказались от традиционных проволочных считывающих элементов в пользу промышленных печатных плат. Такое решение упрощает производство детекторов, снижает количество компонентов и позволяет эффективнее регистрировать взаимодействия нейтрино.

Однако у новой схемы есть особенность: электронам приходится проходить почти вдвое больший путь через жидкий аргон, прежде чем они достигнут системы считывания. Чтобы этот процесс происходил без потерь, внутри детектора необходимо создать исключительно мощное электрическое поле. Именно поэтому инженеры испытывают установку при напряжении около 300 кВ.

По словам одного из технических руководителей проекта Стива Кеттелла, команда намеренно выводит систему на предельные режимы работы. Если во время испытаний возникнут электрические пробои, это поможет заранее выявить слабые места конструкции и убедиться, что оборудование выдержит десятилетия непрерывной эксплуатации.

Такой запас надежности крайне важен: после завершения строительства основные детекторы DUNE разместят почти на глубине 1,5 километра в подземной исследовательской лаборатории Sanford в американском штате Южная Дакота. После заполнения резервуаров жидким аргоном доступ к оборудованию станет крайне ограниченным, поэтому все потенциальные проблемы необходимо выявить заранее.

Во время работы DUNE будет фиксировать редчайшие столкновения нейтрино с атомами аргона, позволяя ученым определять энергию, направление движения и тип этих частиц. Кроме того, установка сможет регистрировать поток нейтрино от взрывов сверхновых еще до того, как до Земли дойдет их свет, что потенциально позволит астрономам получать раннее предупреждение о подобных космических событиях.

Испытания на площадке CERN продлятся до осени. Если прототип успешно выдержит длительную работу под напряжением в сотни тысяч вольт, выбранная технология станет основой для основного детектора DUNE, который обещает стать одним из самых масштабных физических экспериментов ближайших десятилетий.

©  iXBT