, Op een hete ochtend begin juli, een zeven voet breed, 8, Een metalen structuur van 000 pond vond zijn weg van Boston naar Penn's David Rittenhouse Laboratory. De telescoopontvanger met grote opening (LATR) werd zorgvuldig op een vorkheftruck geladen en door nauwe steegjes en parkeerplaatsen gedragen voordat hij in het High Bay-lab werd geplaatst. terwijl studenten en onderzoekers vol verwachting toekeken.

Maar nu is het werk, en het plezier, echt begint. Als leden van de Simons Observatory-samenwerking, onderzoekers in het lab van Mark Devlin leggen nu de laatste hand aan de LATR, de sensor die het "hart" zal zijn van een hypermodern astronomisch observatorium dat als doel heeft meer te leren over de vroege momenten van het universum.

Het Simons Observatorium zal een reeks telescopen omvatten, gelegen in de hoge Atacama-woestijn in het noorden van Chili, die zijn ontworpen om kosmische microgolfachtergrond (CMB) te detecteren. CMB is de reststraling die is achtergelaten door de oerknal, en astronomen bestuderen deze zwakke golven om meer te weten te komen over de eerste momenten van het heelal, bijna 14 miljard jaar geleden. Door deze "nagloed" van de oerknal te bestuderen, onderzoekers hopen in de loop van de tijd meer te weten te komen over de evolutie van het universum.

"Het is als een fossiel, " zegt Michele Limon, een systeemingenieur die werkt aan het Simons Observatory-project, over hoe de CMB astronomen kan helpen terug te kijken in de tijd. Limon zegt ook dat de CMB zelfs kan worden gebruikt in andere gebieden van natuurkundig onderzoek, zoals het meten van de massa van neutrino's. "De CMB is een geweldige tool waarmee je allerlei dingen kunt bestuderen, " hij zegt.

Maar de uitdaging bij het meten van de CMB is dat het signaal ongelooflijk zwak is. "Omdat het zo vaag is, we moeten het geluid beheersen, " legt Zhilei Xu uit, een postdoc in de Devlin-groep. "En alle elektronica werkt beter als ze kouder zijn. Als het te warm is, ze zijn luidruchtiger."

Koud, in het geval van de LATR, betekent echt, Echt, heel koud. De CMB bestaat rond de 3 graden Kelvin, bijna -450 graden Fahrenheit. En omdat het Simons Observatorium de CMB in het ultramicrogolfbereik wil bestuderen, ze moeten de detector nog kouder maken, tot 0,1 graden Kelvin. Voor perspectief, 0 Kelvin wordt het absolute nulpunt genoemd, de laagste theoretische temperatuur die eigenlijk niet te bereiken is.

Als experts op het gebied van cryogenie, een tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met het maken en bestuderen van dingen bij zeer lage temperaturen, de Devlin-groep werkt aan het creëren van het juiste type superkoude omgeving voor de detectoren om de CMB te vinden. Door gebruik te maken van hun expertise, de groep ontwierp de massieve metalen schaal die alle detectietechnologie zal huisvesten, met afgestudeerde studenten Ningfeng Zhu en Jack Orlowski-Scherer sterk betrokken bij het ontwerp van de LATR.

"Er is een beperkt koelvermogen van de koelkast, " zegt Orlowski-Scherer over de ultrakoude koelkast die in de LATR komt te staan. "We moesten het instrument zo ontwerpen dat het overeenkwam met wat de koeler kon produceren. Onder de limiet blijven betekende een zorgvuldig ontwerp, " hij zegt.

Als het grootste grondgebaseerde CMB-experiment ooit gebouwd, twee keer zo groot als eerdere observatoria, Zhu zegt dat het ontwerpproces een aantal technische uitdagingen omvatte. De hoeveelheid tijd die aan het ontwerp werd besteed en de verwachting van wachten om te zien of de LATR het onder vacuümdruk zou kunnen volhouden, waren "spannend, uitdagend, en belonen, " zegt hij. "Het is een once-in-a-lifetime kans."

Het Devlin-lab zal de komende maanden tests uitvoeren om ervoor te zorgen dat de LATR, waarvan de schaal in Boston is vervaardigd met alle componenten tot op 1 mm nauwkeurig, werkt zoals het hoort voordat u isolatie installeert, detectoren, thermometers, en sensoren.

parallel, de telescoop met grote opening, LAT in het kort, wordt geproduceerd in Duitsland met als doel om zowel de LATR als de LAT begin 2021 te assembleren en naar Chili te verzenden. Het doel is dat het observatorium zijn "eerste licht" ergens in het voorjaar van 2021 zal verzamelen.

Devlin, die al zijn hele carrière op dit gebied werkt, zegt dat het eindproduct 10 keer gevoeliger zal zijn dan enig ander CMB-experiment waaraan hij heeft gewerkt. Hij zegt dat het bij zo'n langlopend project als dit moeilijk is om één aspect te hebben waar hij het meest naar uitkijkt, maar zegt dat het "fantastisch" is om de LATR hier bij Penn te hebben en om de vooruitgang te zien die elke dag wordt geboekt.

"De kortetermijndoelen zijn gebaseerd op technologie, maar het doel op lange termijn is eigenlijk de wetenschap. We besteden onze tijd aan de technologie omdat, uiteindelijk, u gevoelige metingen van de lucht wilt uitvoeren. En we gaan naar coole dingen kijken, de evolutie van het universum in de kosmische tijd, dus gewoon om de resultaten binnen te zien komen zal leuk zijn, ' zegt Devlin.