Een groot internationaal team van onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Kansas State University, wendt zich tot kleine deeltjes om grote vragen over donkere materie te beantwoorden. zwarte gaten en de oorsprong van het heelal.

Het diepe ondergrondse neutrino-experiment, of DUIN, wil deze vragen beantwoorden door neutrino's te detecteren en te bestuderen. Vrijdag, 21 juli markeerde de baanbrekende bouw van de Long-Baseline Neutrino Facility, die DUNE zal huisvesten.

De neutrino-faciliteit zal deeltjes 800 mijl door de aarde sturen van Chicago naar een mijl-diepe detector in South Dakota. Onderzoekers van de Kansas State University zijn betrokken bij de organisatie van het project en ontwikkelen het hoogspanningssysteem van het experiment.

"Op nationaal niveau DUNE is het project met de hoogste prioriteit in het Office of High Energy Physics van het Amerikaanse Department of Energy, " zei Tim Bolton, hoogleraar natuurkunde. "Het is belangrijk voor ons om met de internationale wetenschappelijke gemeenschap samen te werken aan baanbrekende projecten zoals deze."

Bolton maakt deel uit van het leiderschapsteam dat het experiment organiseert en Glenn Horton-Smith, hoogleraar natuurkunde, helpt bij de ontwikkeling van het hoogspanningssysteem van het experiment. Zowel Bolton als Horton-Smith zijn experts in experimentele hoge-energie- en deeltjesfysica en zijn betrokken sinds de vroege planningsfasen van DUNE. Andere betrokken universitaire onderzoekers zijn onder meer Ajib Paulel, doctoraalstudent natuurkunde, Nepal; Heng-ye Liao, postdoctoraal fellow in de natuurkunde; en het Electronics Design Laboratory, onder leiding van ingenieurs Tim Sobering en Russell Taylor.

"Met dit project kunnen we onontgonnen gebieden in kaart brengen, "Zei Horton-Smith. "We kunnen kennis opdoen in zowel de fundamentele fysica als het vroege heelal."

DUNE is een grote internationale samenwerking van ongeveer 1, 000 wetenschappers en ingenieurs uit 30 landen. De Long-Baseline Neutrino Facility van DUNE omvat twee Amerikaanse faciliteiten:het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie in Illinois zal een straal van neutrino's 800 mijl door de aarde sturen naar de Sanford Underground Research Facility in South Dakota.

Tijdens het bouwproces van 10 jaar arbeiders zullen meer dan 800 opgraven, 000 ton steen om enorme ondergrondse grotten te creëren voor enorme deeltjesdetectoren, waarmee onderzoekers neutrino's kunnen bestuderen en begrijpen. Neutrino's zijn de meest voorkomende materiedeeltjes in het heelal, toch is er heel weinig bekend over hun rol in de evolutie van het universum. Wetenschappers zullen de interacties die neutrino's maken met argonatomen bestuderen om meer te weten te komen over deze ongrijpbare maar overvloedige deeltjes.

Onderzoekers van de Kansas State University ontwikkelen het hoogspanningssysteem voor de detector in de Sanford Underground Research Facility in South Dakota. De vier verdiepingen tellende detector zal bijna anderhalve kilometer onder de grond zijn en gevuld zijn met vloeibaar argon. De universitaire onderzoekers hebben een systeem ontworpen dat spanningen van meer dan 100, 000 volt en creëert een gelijk elektrisch veld tussen de twee grote elektroden waaruit de detector bestaat.

De universitaire onderzoekers zijn ook betrokken geweest bij de aanleg van het hoogspanningssysteem, die moet worden opgevouwen om in een kleine ruimte te passen en vervolgens moet worden uitgevouwen terwijl de elektrische aansluitingen behouden blijven.

"Het is alsof je een schip in een fles bouwt, "Zei Horton-Smith. "Er is veel techniek en natuurkunde bijgekomen om ervoor te zorgen dat dit ontwerp een betrouwbare verbinding behoudt tijdens het bouwproces."

Ter voorbereiding op DUNE, de onderzoekers nemen deel aan een kleinere prototypetest die momenteel in CERN wordt geassembleerd, de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek, nabij Genève. De universitaire natuurkundigen zijn betrokken geweest bij het ontwerp, testen, levering en productie van het hoogspanningssysteem voor het prototype. Het team zal prototypegegevens analyseren en ontwerpverbeteringen aanbrengen voordat het echte hoogspanningssysteem wordt geïnstalleerd in de Long-Baseline Neutrino Facility tijdens de latere bouwfasen.

Als de neutrino-faciliteit in bedrijf is, Bolton, Horton-Smith en de andere universitaire onderzoekers hopen dat wetenschappers meer te weten komen over de relatie tussen materie en antimaterie. Terwijl alles uit materie bestaat, zijn tegengestelde partner - antimaterie - is zeer zeldzaam en kan alleen worden gecreëerd door hoge-energiefysica. Het DUNE-onderzoek kan helpen bij het oplossen van een grote natuurkundige puzzel:waarom is het universum gemaakt van alle materie als het een gelijke mix van materie en antimaterie zou kunnen zijn?

"Het is een enorme puzzel om te begrijpen hoe de regels van de natuurkunde van toepassing zijn op de zeer grote schaal, " zei Bolton. "Dit project is een langetermijninvestering, maar er zijn veel voordelen als je meer leert over de fundamentele manieren waarop de natuur werkt."