Gli equipaggi che lavorano al più grande esperimento statunitense progettato per rilevare direttamente la materia oscura hanno completato un importante traguardo il mese scorso, e ora stanno rivolgendo gli occhi verso l'avvio dopo aver subito alcuni ritardi a causa delle precauzioni contro la pandemia globale.

I funzionari del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti il ​​21 settembre hanno formalmente firmato il completamento del progetto per LUX-ZEPLIN, o LZ:un esperimento ultrasensibile che utilizzerà 10 tonnellate di xeno liquido per cercare segnali di interazione con particelle di materia oscura teorizzate chiamate WIMP, o particelle massicce che interagiscono debolmente. La pietra miliare del completamento del progetto del DOE si chiama Decisione critica 4, o CD-4.

La materia oscura costituisce circa l'85% di tutta la materia nell'universo. Sappiamo che è lì a causa dei suoi effetti gravitazionali osservati sulla materia normale, ma non sappiamo ancora cosa sia. LZ è progettato per rilevare i due lampi di luce che si verificano se una WIMP interagisce con il nucleo di un atomo di xeno.

"Stiamo completando la messa in servizio del rilevatore, la fase di test, e l'anno prossimo esamineremo i dati LZ, " disse Simone Fiorucci, Responsabile delle operazioni LZ e fisico presso il Lawrence Berkeley National Laboratory del DOE (Berkeley Lab), che è l'istituzione capofila della collaborazione LZ.

LZ è installato quasi un miglio sotto terra presso il Sanford Underground Research Facility (Sanford Lab) a Lead, Sud Dakota. La sua profondità fornisce una schermatura naturale contro la pioggia costante di raggi cosmici sulla superficie terrestre, che sono una fonte di "rumore" delle particelle di fondo che potrebbe soffocare i segnali di interazione WIMP che gli scienziati stanno cercando. LZ è anche costruito con componenti che sono stati selezionati individualmente e testati per essere a basso contenuto di radiazioni naturali che potrebbero anche complicare la ricerca.

Mike Headley, direttore esecutivo di Sanford Lab, disse, "L'intero team Sanford Lab si congratula con la collaborazione LZ per aver raggiunto questo importante traguardo. Il team LZ è stato un partner meraviglioso e siamo orgogliosi di ospitarli al Sanford Lab. Non vediamo l'ora di raccogliere dati LZ il prossimo anno".

La risposta alla pandemia di COVID-19 ha portato Sanford Lab a ridurre le sue operazioni solo a quelle ritenute essenziali il 25 marzo, e il sito ha iniziato una transizione verso un aumento delle operazioni il 6 maggio. Anche Berkeley Lab e altre istituzioni nella collaborazione con LZ hanno ridotto le loro operazioni in risposta al coronavirus. Sanford Lab, e lavoratori a progetto LZ, hanno avuto la fortuna di riprendere rapidamente il lavoro, ha osservato Fiorucci.

Ha notato che le attività di purificazione dello xeno presso lo SLAC National Accelerator Laboratory sono state temporaneamente ritardate a causa delle riduzioni legate al COVID-19. Lo xeno purificato allo SLAC sarà spedito al Sanford Lab e convertito in xeno liquido per l'esperimento LZ.

"Abbiamo fatto progressi discreti nonostante tutte queste complicazioni, " ha detto. "Siamo riusciti a mantenere una forza lavoro al Sanford Lab e allo SLAC, e per far andare le cose almeno all'80 percento di velocità. A giugno siamo tornati alla velocità nominale, e da allora sono tornato in quella modalità."

Comunque, I rischi COVID-19 persistono, e Fiorucci hanno osservato che i lavoratori continuano ad aderire ai protocolli di sicurezza per ridurre questi rischi. Durante questa fase di messa in servizio, ci sono circa 15-20 lavoratori LZ divisi in due turni al Sanford Lab, Fiorucci ha detto e si aspetta che quel livello di personale mantenga fino alla fine di quest'anno.

Ora che il CD-4 è stato raggiunto, Fiorucci ha detto che è emozionante avere il traguardo in vista.

"Stiamo ottenendo molta meno ingegneria e molta più scienza nel mix, " ha detto. "E 'certamente emozionante ed emozionante." Ha notato che i membri della collaborazione sono stati in questa posizione prima:il predecessore di LZ, l'esperimento LUX, è stato anche installato e gestito nella stessa caverna di ricerca sotterranea al Sanford Lab.

Ma questa volta è diverso.

"L'abbiamo sicuramente fatto prima, ma mai a questa scala, " ha detto. LUX ha usato circa un terzo di una tonnellata di xeno liquido, mentre LZ avrà 10 tonnellate di xeno liquido e sarà circa 100 volte più sensibile alle interazioni delle particelle di materia oscura.

"Stiamo andando verso l'ignoto ora."