La maggior parte dei componenti rimanenti necessari per assemblare completamente un esperimento sotterraneo di ricerca sulla materia oscura chiamato LUX-ZEPLIN (LZ) è arrivata alla sede del progetto in South Dakota durante un'affluenza di consegne a giugno.

Una volta completato, LZ sarà il più grande, l'esperimento più sensibile con sede negli Stati Uniti, progettato per rilevare direttamente le particelle di materia oscura. Scienziati di tutto il mondo hanno cercato per decenni di risolvere il mistero della materia oscura, che costituisce circa l'85 percento di tutta la materia nell'universo, sebbene finora l'abbiamo rilevata solo indirettamente attraverso gli effetti gravitazionali osservati.

La maggior parte dei componenti digitali per il sistema elettronico di LZ, che è progettato per trasmettere e registrare segnali da interazioni di particelle sempre leggere nella nave rivelatore centrale di LZ, erano tra i nuovi arrivati ​​al Sanford Underground Research Facility (SURF). SURF, il sito di un'ex miniera d'oro ora dedicata a un ampio spettro di ricerca scientifica, era anche sede di un precedente esperimento di ricerca chiamato LUX.

Un set finale di vasi acrilici aderenti, che sarà riempito con un liquido speciale progettato per identificare falsi segnali di materia oscura nel rivelatore interno di LZ, arrivato anche a SURF a giugno.

Anche, le ultime due delle quattro griglie di filo intrecciate che sono essenziali per mantenere un campo elettrico costante ed estrarre segnali dal rivelatore interno dell'esperimento, chiamata anche camera di proiezione temporale, arrivato a giugno (vedi articolo correlato).

"LZ ha raggiunto importanti traguardi a giugno. È stato il mese più impegnativo per la consegna di cose a SURF:è stato il picco, " ha affermato Murdock Gilchriese, direttore del progetto LZ, del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia. Il Berkeley Lab è l'istituzione principale per il progetto LZ, che è supportato da una collaborazione internazionale che conta circa 37 istituzioni partecipanti e circa 250 ricercatori e membri dell'equipaggio di supporto tecnico.

"Tra qualche mese tutta l'azione su LZ sarà al SURF:ci stiamo già avvicinando ad avere tutto lì, " ha detto Gilchriese.

Mike Headley, direttore esecutivo di SURF, disse, "Ci stiamo preparando collettivamente per queste consegne da un po' di tempo e tutto è andato molto bene. È stato emozionante vedere l'avanzamento del lavoro di assemblaggio dell'esperimento e non vediamo l'ora di abbassare il rilevatore assemblato un miglio sottoterra per l'installazione".

Tutti questi componenti verranno trasportati lungo un pozzo e installati in una caverna di ricerca profonda quasi un miglio. La roccia sopra fornisce uno scudo naturale contro gran parte del bombardamento costante di particelle che piovono sulla superficie del pianeta che producono "rumore" indesiderato.

I componenti LZ sono stati anche accuratamente testati e selezionati per garantire che i materiali di cui sono fatti non interferiscano di per sé con i segnali delle particelle che i ricercatori stanno cercando di estrarre.

LZ è particolarmente concentrato sulla ricerca di un tipo di particella teorica chiamata particella massiva a interazione debole o WIMP, attivando una sequenza unica di segnali luminosi ed elettrici in un serbatoio riempito con 10 tonnellate di xeno liquido altamente purificato, che è tra gli elementi più rari della Terra. Le proprietà degli atomi di xeno consentono loro di produrre luce in determinate interazioni di particelle.

La prova delle particelle di materia oscura cambierebbe radicalmente la nostra comprensione della composizione dell'universo, poiché il nostro attuale Modello Standard di Fisica non tiene conto della loro esistenza.

L'assemblaggio della camera di proiezione del tempo allo xeno liquido per LZ è ora completo all'80% circa, ha detto Gilchriese. Quando sarà completamente assemblato alla fine di questo mese, questo rivelatore interno conterrà circa 500 tubi fotomoltiplicatori. I tubi sono progettati per amplificare e trasmettere i segnali prodotti all'interno della camera.

Una volta assemblato, la camera di proiezione temporale verrà abbassata con attenzione in un vaso in titanio personalizzato già a SURF. Prima che si riempia di xeno, questa camera sarà abbassata ad una profondità di circa 4, 850 piedi. Sarà trasportato in un telaio appositamente progettato per ridurre al minimo le vibrazioni, e poi galleggiava nella caverna sperimentale attraverso una pista di metallo temporaneamente assemblata su dischi a pompa d'aria noti come pattini ad aria.

Finalmente, sarà calato in un vaso di titanio esterno più grande, già sotterraneo, per formare il criostato finale isolato sotto vuoto necessario per ospitare lo xeno liquido.

Quel viaggio di un giorno, previsto a settembre, sarà un'esperienza emozionante per l'intero team di progetto, ha osservato Simon Fiorucci di Berkeley Lab, Vice responsabile del progetto LZ.

"Sarà sicuramente il più stressante:questa è la cosa che davvero non può fallire. Una volta che avremo finito con questo, molti dei nostri rischi scompaiono e molto della nostra pianificazione diventa più facile, " Egli ha detto, aggiungendo, "Questa sarà la più grande pietra miliare rimasta oltre allo xeno liquido nel rivelatore".

Gli equipaggi del progetto inizieranno presto a testare il sistema di circolazione dello xeno, già installato sotto terra, che farà circolare continuamente lo xeno attraverso il rivelatore interno, purificarlo ulteriormente, e rilanciarlo. Fiorucci ha detto che i ricercatori utilizzeranno circa 250 libbre di xeno per questi primi test.

Sono inoltre in fase di completamento i lavori sul sistema di raffreddamento criogenico di LZ, necessario per convertire il gas xeno nella sua forma liquida.

LZ elettronica digitale, che alla fine si collegherà agli array di tubi fotomoltiplicatori e consentirà la lettura dei segnali dalle interazioni delle particelle, sono stati progettati, sviluppato, consegnato, e installato dai ricercatori e dallo staff tecnico dell'Università di Rochester presso il SURF a giugno.

"Tutta la nostra elettronica è stata progettata specificamente per LZ con l'obiettivo di massimizzare la nostra sensibilità per i segnali più piccoli possibili, " ha detto Frank Wolfs, un professore di fisica e astronomia all'Università di Rochester che sta supervisionando gli sforzi dell'università.

Ha notato che più di 28 miglia di cavo coassiale collegheranno i tubi fotomoltiplicatori e la loro elettronica di amplificazione, che sono in fase di test presso l'UC Davis, all'elettronica di digitalizzazione. "L'installazione riuscita dell'elettronica digitale e della rete online e dell'infrastruttura informatica a giugno ci rende ansiosi di vedere i primi segnali emergere da LZ, "Ha aggiunto Lupi.

Sempre a giugno, I partecipanti a LZ hanno esercitato connessioni dati ad alta velocità dal sito dell'esperimento al livello della superficie a SURF e poi al Berkeley Lab. I dati acquisiti dall'elettronica dei rilevatori verranno infine trasferiti al centro dati principale di LZ, il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) presso il Berkeley Lab tramite l'Energy Sciences Network (ESnet), una rete dati nazionale ad alta velocità con sede presso il Berkeley Lab.

La produzione dei serbatoi in acrilico personalizzati (vedi articolo correlato), che conterrà un fluido noto come scintillatore liquido, è stato supervisionato dai partecipanti LZ presso l'Università della California, Santa Barbara.

"Gli ultimi cinque carri armati, consegnato a giugno, sono stati fabbricati utilizzando un nuovo processo di stampaggio acrilico per adattarsi perfettamente al recipiente del criostato, " disse Harry Nelson, professore di fisica all'Università di Santa Barbara.

"La partnership tra LZ e SURF è eccezionale, come testimonia il successo dei lavori di montaggio fino ad oggi, " Ha detto Headley. "Siamo orgogliosi di far parte del team LZ e di ospitare questo esperimento leader a livello mondiale nel South Dakota".