Un grande team internazionale di ricercatori, tra cui scienziati della Kansas State University, si sta rivolgendo a minuscole particelle per affrontare grandi domande sulla materia oscura, buchi neri e origini dell'universo.
L'esperimento del neutrino sotterraneo profondo, o DUNE, mira a rispondere a queste domande rilevando e studiando i neutrini. Venerdì, 21 luglio ha segnato l'inizio della costruzione della Long-Baseline Neutrino Facility, che ospiterà DUNE.
La struttura di neutrini invierà particelle a 800 miglia attraverso la terra da Chicago a un rivelatore profondo un miglio nel South Dakota. I ricercatori della Kansas State University sono coinvolti nell'organizzazione del progetto e stanno sviluppando il sistema ad alta tensione dell'esperimento.
"A livello nazionale, DUNE è il progetto con la massima priorità nell'Ufficio di Fisica delle Alte Energie del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, " ha detto Tim Bolton, professore di fisica. "È importante per noi impegnarci con la comunità scientifica internazionale su progetti innovativi come questo".
Bolton fa parte del gruppo dirigente che sta organizzando l'esperimento e Glenn Horton-Smith, professore di fisica, sta aiutando a sviluppare il sistema ad alta tensione dell'esperimento. Sia Bolton che Horton-Smith sono esperti in fisica sperimentale delle alte energie e delle particelle e sono stati coinvolti sin dalle prime fasi di pianificazione di DUNE. Altri ricercatori universitari coinvolti includono Ajib Paudel, dottorando in fisica, Nepal; Heng-ye Liao, borsista post-dottorato in fisica; e il Laboratorio di Progettazione Elettronica, guidato dagli ingegneri Tim Sobering e Russell Taylor.
"Questo progetto ci permette di tracciare aree inesplorate, "Horton-Smith ha detto. "Possiamo acquisire conoscenze nella fisica fondamentale così come nell'universo primordiale".
DUNE è una grande collaborazione internazionale di circa 1, 000 scienziati e ingegneri provenienti da 30 paesi. La Long-Baseline Neutrino Facility di DUNE coinvolge due strutture statunitensi:il Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti in Illinois invierà un raggio di neutrini a 800 miglia attraverso la terra alla Sanford Underground Research Facility nel South Dakota.
Durante il processo di costruzione di 10 anni, i lavoratori scaveranno più di 800, 000 tonnellate di roccia per creare enormi caverne sotterranee per enormi rilevatori di particelle, che consentirà ai ricercatori di studiare e comprendere i neutrini. I neutrini sono le particelle di materia più abbondanti nell'universo, eppure si sa molto poco del loro ruolo nell'evoluzione dell'universo. Gli scienziati studieranno le interazioni che i neutrini fanno con gli atomi di argon per saperne di più su queste particelle sfuggenti ma abbondanti.
I ricercatori della Kansas State University stanno sviluppando il sistema ad alta tensione per il rivelatore presso il Sanford Underground Research Facility nel South Dakota. Il rilevatore a quattro piani sarà a quasi un miglio sotto terra e sarà riempito di argon liquido. I ricercatori dell'università hanno progettato un sistema che gestisce e distribuisce in sicurezza tensioni superiori a 100, 000 volt e crea un campo elettrico uguale tra i due grandi elettrodi che compongono il rivelatore.
I ricercatori universitari sono stati coinvolti anche nella realizzazione del sistema ad alta tensione, che deve essere piegato per entrare in un piccolo spazio e poi aperto mantenendo i collegamenti elettrici.
"È come costruire una nave in una bottiglia, "Horton-Smith ha detto. "Ci sono voluti un sacco di ingegneria e fisica per assicurarsi che questo progetto mantenga una connessione affidabile durante il processo di costruzione".
Per prepararsi a DUNE, i ricercatori stanno partecipando a un test prototipo più piccolo attualmente in fase di assemblaggio al CERN, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, vicino a Ginevra. I fisici dell'università sono stati coinvolti nella progettazione, test, consegna e produzione del sistema ad alta tensione per il prototipo. Il team analizzerà i dati del prototipo e apporterà miglioramenti alla progettazione prima di installare il vero sistema ad alta tensione presso l'impianto di neutrini a base lunga durante le fasi successive della costruzione.
Quando l'impianto di neutrini è attivo e funzionante, Bolton, Horton-Smith e gli altri ricercatori universitari sperano che gli scienziati imparino di più sulla relazione tra materia e antimateria. Mentre tutto è fatto di materia, il suo partner opposto, l'antimateria, è molto raro e può essere creato solo dalla fisica delle alte energie. La ricerca DUNE può aiutare ad affrontare un importante enigma della fisica:perché l'universo è fatto di tutta materia quando potrebbe essere una miscela uguale di materia e antimateria?
"È un enorme enigma capire come le regole della fisica si applichino a una scala molto ampia, " ha detto Bolton. "Questo progetto è un investimento a lungo termine, ma ci sono molti vantaggi man mano che impari di più sui modi fondamentali in cui funziona la natura."
