De grootste samenwerking tot nu toe om het relikwielicht te onderzoeken dat wordt uitgestraald door het baby-universum, heeft een stap voorwaarts gezet met de selectie van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Amerikaanse ministerie van Energie om het partnerschap van nationale laboratoria te leiden, universiteiten, en andere instellingen die samenwerken om de DOE-rollen en -verantwoordelijkheden uit te voeren. Dit experiment van de volgende generatie, bekend als CMB-S4, of Kosmische Magnetron Achtergrond Stadium 4, wordt gepland om een ​​gezamenlijk DOE en National Science Foundation-project te worden.

CMB-S4 zal verschillende bestaande samenwerkingen verenigen om de microgolfhemel in ongekend detail te onderzoeken met 500, 000 ultragevoelige detectoren voor zeven jaar. Deze detectoren zullen op 21 telescopen worden geplaatst op twee van de beste plekken van onze planeet om de verre ruimte te bekijken:de Zuidpool en de hoge Chileense woestijn. Het project is bedoeld om vele geheimen in de kosmologie te ontrafelen, fundamentele fysica, astrofysica, en astronomie.

Door een mix van grote en kleine telescopen op beide locaties te combineren, CMB-S4 zal het eerste experiment zijn dat toegang krijgt tot de volledige reikwijdte van de grondgebaseerde CMB-wetenschap. Het zal altijd zo kleine variaties in de temperatuur en polarisatie meten, of directionaliteit, van microgolflicht over het grootste deel van de hemel, om te zoeken naar rimpelingen in de ruimte-tijd die verband houden met een snelle uitdijing aan het begin van het heelal, inflatie genoemd.

CMB-S4 zal ook helpen om de massa van het neutrino te meten; de groei van clustering van materie in de tijd in het heelal in kaart brengen; nieuw licht werpen op mysterieuze donkere materie, die het grootste deel van de materie van het universum uitmaakt, maar nog niet rechtstreeks is waargenomen, en donkere energie, die een versnellende uitdijing van het heelal drijft; en helpen bij de detectie en studie van krachtige ruimteverschijnselen zoals gammaflitsen en jet-emitting blazars.

Op 1 september DOE Office of Science Director Chris Fall heeft toestemming gegeven voor de selectie van Berkeley Lab als het leidende laboratorium voor de DOE-rollen en -verantwoordelijkheden op CMB-S4, met Argonne National Laboratory, Fermi Nationaal Versneller Laboratorium, en SLAC National Accelerator Laboratory die als partnerlaboratoria dienen. De CMB-S4-samenwerking telt nu 236 leden bij 93 instellingen in 14 landen en 21 Amerikaanse staten.

Het project heeft zijn eerste DOE-mijlpaal gepasseerd, bekend als kritische beslissing 0 of CD-0, op 26 juli, 2019. Het is goedgekeurd door het rapport van 2014 van het Particle Physics Project Prioritization Panel (bekend als P5), die helpt om de toekomstige richting van deeltjesfysica-gerelateerd onderzoek te bepalen. Het project werd ook aanbevolen in de National Academy of Sciences Strategic Vision for Antarctic Science in 2015, en door de Astronomy and Astrophysics Advisory Committee in 2017.

CMB-S4 zal ook helpen om de massa van het neutrino te meten; de groei van clustering van materie in de tijd in het heelal in kaart brengen; nieuw licht werpen op mysterieuze donkere materie, die het grootste deel van de materie van het universum uitmaakt, maar nog niet rechtstreeks is waargenomen, en donkere energie, die een versnellende uitdijing van het heelal drijft; en helpen bij de detectie en studie van krachtige ruimteverschijnselen zoals gammaflitsen en jet-emitting blazars.

Op 1 september DOE Office of Science Director Chris Fall heeft toestemming gegeven voor de selectie van Berkeley Lab als het leidende laboratorium voor de DOE-rollen en -verantwoordelijkheden op CMB-S4, met Argonne National Laboratory, Fermi Nationaal Versneller Laboratorium, en SLAC National Accelerator Laboratory die als partnerlaboratoria dienen. De CMB-S4-samenwerking telt nu 236 leden bij 93 instellingen in 14 landen en 21 Amerikaanse staten.

Het project heeft zijn eerste DOE-mijlpaal gepasseerd, bekend als kritische beslissing 0 of CD-0, op 26 juli, 2019. Het is goedgekeurd door het rapport van 2014 van het Particle Physics Project Prioritization Panel (bekend als P5), die helpt om de toekomstige richting van deeltjesfysica-gerelateerd onderzoek te bepalen. Het project werd ook aanbevolen in de National Academy of Sciences Strategic Vision for Antarctic Science in 2015, en door de Astronomy and Astrophysics Advisory Committee in 2017.

De NSF was de sleutel tot de ontwikkeling van CMB-S4, dat voortbouwt op NSF's bestaande programma van door universiteiten geleide, op de grond gebaseerde CMB-experimenten. Vier van deze experimenten:de Atacama Cosmology Telescope en POLARBEAR/Simons Array in Chili, en de South Pole Telescope en BICEP/Keck op de Zuidpool – hielpen bij de start van CMB-S4 in 2013, en het ontwerp van CMB-S4 is sterk afhankelijk van technologieën die zijn ontwikkeld en geïmplementeerd door deze teams en anderen. NSF helpt ook bij het plannen van zijn mogelijke toekomstige rol met een beurs die wordt toegekend aan de Universiteit van Chicago.

De samenwerking CMB-S4 werd opgericht in 2018, en de huidige mede-woordvoerders zijn Julian Borrill, hoofd van het Computational Cosmology Center in Berkeley Lab en een onderzoeker bij UC Berkeley's Space Sciences Laboratory, en John Carlström, een professor in de natuurkunde, astronomie, en astrofysica aan de Universiteit van Chicago en wetenschapper aan het Argonne Lab.

CMB-S4 bouwt voort op tientallen jaren ervaring met grondgebaseerde, satelliet, en op ballonnen gebaseerde experimenten.

Wat uniek is aan de CMB-S4 is niet de technologie zelf - de detectortechnologie is al bewezen in eerdere experimenten, bijvoorbeeld, maar de schaal waarop de technologie zal worden ingezet, inclusief het enorme aantal detectoren, schaal van de detectoruitleessystemen, aantal telescopen, en de hoeveelheid te verwerken gegevens.

CMB-S4, die de mogelijkheden van eerdere generaties experimenten meer dan 10 keer zal overtreffen, zal het gecombineerde kijkvermogen hebben van drie grote telescopen en 18 kleine telescopen. De grote technologische uitdaging voor de CMB-S4 zit hem in de schaal. Terwijl eerdere generaties instrumenten tienduizenden detectoren hebben gebruikt, voor het hele CMB-S4-project is een half miljoen nodig.

De uitdagingen op het gebied van gegevensbeheer zullen aanzienlijk zijn, te, aangezien deze enorme reeksen detectoren 1, 000 keer meer data dan de vorige generatie experimenten. Een belangrijke hardwarefocus voor het project zal de bouw van nieuwe telescopen en de massafabricage van de detectoren zijn. Het huidige detectorontwerp, aangepast van huidige experimenten, zal meer dan 500 siliciumwafels bevatten die elk 1 bevatten 000 supergeleidende detectoren.

CMB-S4 is van plan gebruik te maken van computerbronnen bij de Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) en Berkeley Lab's National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), en om te solliciteren op NSF's Open Science Grid en eXtreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE).

Het project hoopt zijn eerste telescoop in 2027 in te zetten, binnen een paar jaar volledig operationeel zijn bij alle telescopen, en te lopen tot 2035.

Volgende stappen zijn onder meer het voorbereiden van een projectbureau bij Berkeley Lab, zich klaarmaken voor de volgende DOE-mijlpaal, bekend als kritieke beslissing 1, werken om een ​​NSF-project te worden, en werken in de hele gemeenschap om de beste expertise en capaciteiten in te brengen.