, In una calda mattina di inizio luglio, un sette piedi di larghezza, 8, Una struttura metallica da 000 libbre si è fatta strada da Boston al David Rittenhouse Laboratory di Penn. Il ricevitore del telescopio a grande apertura (LATR) è stato caricato con cura su un carrello elevatore e trasportato attraverso stretti vicoli e parcheggi prima di essere collocato nel laboratorio di High Bay, mentre studenti e ricercatori guardavano con impazienza.

Ma ora è quando il lavoro, e il divertimento, inizia veramente. In qualità di membri della collaborazione dell'Osservatorio Simons, i ricercatori del laboratorio di Mark Devlin stanno ora dando gli ultimi ritocchi al LATR, il sensore che sarà il "cuore" di un osservatorio astronomico all'avanguardia il cui obiettivo è conoscere meglio i primi istanti dell'universo.

L'Osservatorio Simons includerà una serie di telescopi, situato nell'alto deserto di Atacama nel nord del Cile, progettati per rilevare il fondo cosmico a microonde (CMB). CMB è la radiazione residua lasciata dal Big Bang, e gli astronomi studiano queste deboli onde per saperne di più sui primi momenti dell'universo, quasi 14 miliardi di anni fa. Studiando questo "retro bagliore" del Big Bang, i ricercatori sperano di saperne di più sull'evoluzione dell'universo nel tempo.

"È come un fossile, "dice Michele Limon, un ingegnere di sistemi che lavora al progetto dell'Osservatorio Simons, su come la CMB può aiutare gli astronomi a guardare indietro nel tempo. Limon dice anche che il CMB potrebbe essere utilizzato anche in altre aree della ricerca in fisica, come misurare la massa dei neutrini. "Il CMB è uno strumento straordinario che ti consente di studiare ogni genere di cose, " lui dice.

Ma la sfida con la misurazione del CMB è che il segnale è incredibilmente debole. "Perché è così debole, dobbiamo controllare il rumore, " spiega Zhilei Xu, un postdoc nel gruppo Devlin. "E tutta l'elettronica funziona meglio quando fa più freddo. Se fa troppo caldo, sono più rumorosi».

Freddo, nel caso del LATR, significa davvero, veramente, veramente freddo. Il CMB esiste intorno ai 3 gradi Kelvin, quasi -450 gradi Fahrenheit. E poiché l'Osservatorio Simons vuole studiare la CMB nella gamma delle ultramicroonde, dovranno rendere il rilevatore ancora più freddo, fino a 0,1 gradi Kelvin. Per prospettiva, 0 Kelvin è chiamato zero assoluto, la temperatura teorica più bassa che non è effettivamente possibile raggiungere.

In qualità di esperti di criogenia, una branca della fisica che si occupa di creare e studiare cose a temperature molto basse, il gruppo Devlin sta lavorando alla creazione del giusto tipo di ambiente super-freddo in cui i rilevatori possano trovare la CMB. Utilizzando la loro competenza, il gruppo ha progettato il massiccio guscio metallico che ospiterà tutta la tecnologia di rilevamento, con gli studenti laureati Ningfeng Zhu e Jack Orlowski-Scherer fortemente coinvolti nella progettazione del LATR.

"C'è una potenza di raffreddamento limitata del frigorifero, " dice Orlowski-Scherer riguardo al frigorifero ultra-freddo che andrà all'interno del LATR. "Abbiamo dovuto progettare lo strumento in un modo che potesse corrispondere a ciò che il refrigeratore era in grado di emettere. Rimanere al di sotto del limite significava un'attenta progettazione, " lui dice.

Essendo il più grande esperimento CMB a terra mai realizzato, due volte più grande dei precedenti osservatori, Zhu afferma che il processo di progettazione ha comportato l'affrontare una serie di sfide ingegneristiche. La quantità di tempo trascorso a lavorare sul design e l'attesa di aspettare per vedere se il LATR potesse reggere sotto pressioni di vuoto erano "eccitante, stimolante, e gratificante, " dice. "È un'opportunità irripetibile".

Il laboratorio Devlin trascorrerà i prossimi mesi a eseguire test per assicurarsi che il LATR, il cui guscio è stato fabbricato a Boston con tutti i componenti precisi a 1 mm, funziona come dovrebbe prima di installare l'isolamento, rilevatori, termometri, e sensori.

In parallelo, il telescopio a grande apertura, LAT in breve, viene prodotto in Germania con l'obiettivo di assemblare e spedire sia il LATR che il LAT in Cile all'inizio del 2021. L'obiettivo è che l'osservatorio raccolga la sua "prima luce" nella primavera del 2021.

Devlin, che ha lavorato in questo campo per tutta la sua carriera, afferma che il prodotto finito sarà 10 volte più sensibile di qualsiasi altro esperimento CMB su cui ha lavorato. Dice che con un progetto a così lungo termine come questo è difficile avere un singolo aspetto che non vede l'ora di vedere, ma dice che è "fantastico" avere il LATR qui alla Penn e vedere i progressi che vengono fatti ogni giorno.

"Gli obiettivi a breve termine si basano sulla tecnologia, ma l'obiettivo a lungo termine è in realtà la scienza. Dedichiamo il nostro tempo alla tecnologia perché, in definitiva, vuoi prendere misurazioni sensibili del cielo. E guarderemo cose interessanti, l'evoluzione dell'universo nel tempo cosmico, quindi solo vedere i risultati arrivare sarà divertente, "dice Devlin.