De meeste van de resterende componenten die nodig zijn om een ​​ondergronds experiment voor het zoeken naar donkere materie, genaamd LUX-ZEPLIN (LZ), volledig in elkaar te zetten, arriveerden tijdens een stormloop van leveringen in juni in het huis van het project in South Dakota.

Wanneer voltooid, LZ wordt de grootste, meest gevoelige in de VS gevestigde experiment tot nu toe dat is ontworpen om donkere materiedeeltjes rechtstreeks te detecteren. Wetenschappers over de hele wereld proberen al tientallen jaren het mysterie van donkere materie op te lossen. die ongeveer 85 procent van alle materie in het universum uitmaakt, hoewel we het tot nu toe alleen indirect hebben gedetecteerd door waargenomen zwaartekrachtseffecten.

Het grootste deel van de digitale componenten voor het elektronicasysteem van LZ, die is ontworpen om signalen van steeds geringe deeltjesinteracties in het kerndetectorvat van LZ te verzenden en op te nemen, behoorden tot de nieuwkomers in de Sanford Underground Research Facility (SURF). SURFEN, de site van een voormalige goudmijn die nu is gewijd aan een breed spectrum van wetenschappelijk onderzoek, was ook de thuisbasis van een voorgaand zoekexperiment genaamd LUX.

Een laatste set nauwsluitende acrylvaten, die zal worden gevuld met een speciale vloeistof die is ontworpen om valse signalen van donkere materie in de binnenste detector van LZ te identificeren, ook in juni bij SURF aangekomen.

Ook, de laatste twee van de vier ingewikkeld geweven draadroosters die essentieel zijn om een ​​constant elektrisch veld te behouden en signalen te extraheren uit de binnenste detector van het experiment, ook wel de tijdprojectiekamer genoemd, arriveerde in juni (zie gerelateerd artikel).

"LZ heeft in juni grote mijlpalen bereikt. Het was de drukste maand om dingen aan SURF te leveren - het was de piek, " zei LZ-projectdirecteur Murdock Gilchriese van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Department of Energy. Berkeley Lab is de leidende instelling voor het LZ-project, die wordt ondersteund door een internationale samenwerking met ongeveer 37 deelnemende instellingen en ongeveer 250 onderzoekers en technische ondersteuningspersoneelsleden.

"Over een paar maanden zal alle actie op LZ bij SURF plaatsvinden - we komen al dichtbij alles daar, ' zei Gilchriese.

Mike Headley, directeur bij SURF, zei, "We bereiden ons al een tijdje collectief voor op deze leveringen en alles is heel goed verlopen. Het was opwindend om de voortgang van het experiment met de montage te zien en we kijken ernaar uit om de gemonteerde detector een mijl onder de grond te laten zakken voor installatie."

Al deze componenten zullen door een schacht worden getransporteerd en in een bijna anderhalve kilometer diepe onderzoekscaverne worden geïnstalleerd. De rots erboven biedt een natuurlijk schild tegen veel van het constante bombardement van deeltjes die op het oppervlak van de planeet regenen en ongewenst "geluid" produceren.

LZ-componenten zijn ook nauwgezet getest en geselecteerd om ervoor te zorgen dat de materialen waarvan ze zijn gemaakt zelf niet interfereren met deeltjessignalen die onderzoekers proberen te ontrafelen.

LZ is vooral gericht op het vinden van een type theoretisch deeltje dat een zwak interactief massief deeltje of WIMP wordt genoemd door een unieke reeks licht- en elektrische signalen te triggeren in een tank gevuld met 10 ton zeer gezuiverd vloeibaar xenon, wat een van de zeldzaamste elementen van de aarde is. Door de eigenschappen van xenon-atomen kunnen ze licht produceren bij bepaalde interacties tussen deeltjes.

Bewijs van donkere materiedeeltjes zou ons begrip van de samenstelling van het universum fundamenteel veranderen. omdat ons huidige standaardmodel van de fysica geen verklaring geeft voor hun bestaan.

De montage van de vloeibare xenon-tijdprojectiekamer voor LZ is nu voor ongeveer 80 procent voltooid, aldus Gilchriese. Als deze binnenste detector later deze maand volledig is gemonteerd, zal hij ongeveer 500 fotomultiplicatorbuizen bevatten. De buizen zijn ontworpen om signalen die in de kamer worden geproduceerd te versterken en door te geven.

Eenmaal gemonteerd, de tijdprojectiekamer wordt al bij SURF voorzichtig in een op maat gemaakt titanium vat neergelaten. Voordat het gevuld is met xenon, deze kamer zal worden verlaagd tot een diepte van ongeveer 4, 850 voet. Het wordt gedragen in een frame dat speciaal is ontworpen om trillingen te minimaliseren, en dreef vervolgens de experimentele grot in over een tijdelijk geassembleerde metalen landingsbaan op luchtgepompte pucks die bekend staan ​​​​als luchtschaatsen.

Eindelijk, het zal worden neergelaten in een groter buitenste titanium vat, al ondergronds, om de laatste vacuümgeïsoleerde cryostaat te vormen die nodig is om het vloeibare xenon te huisvesten.

Die daglange reis, gepland in september, zal een nagelbijtende ervaring zijn voor het hele projectteam, merkte Simon Fiorucci van Berkeley Lab op, Plaatsvervangend projectleider LZ.

"Het zal zeker de meest stressvolle zijn - dit is het ding dat echt niet kan mislukken. Als we hiermee klaar zijn, veel van ons risico verdwijnt en veel van onze planning wordt eenvoudiger, " hij zei, toevoegen, "Dit zal de grootste mijlpaal zijn die overblijft naast het hebben van vloeibaar xenon in de detector."

Projectteams zullen binnenkort beginnen met het testen van het xenoncirculatiesysteem, reeds ondergronds geïnstalleerd, die continu xenon door de binnenste detector laat circuleren, verder zuiveren, en herleef het. Fiorucci zei dat onderzoekers ongeveer 250 pond xenon zullen gebruiken voor deze vroege tests.

Ook naderen de werkzaamheden aan het cryogene koelsysteem van LZ dat nodig is om xenongas in vloeibare vorm om te zetten.

LZ digitale elektronica, die uiteindelijk verbinding zal maken met de arrays van fotomultiplicatorbuizen en de uitlezing van signalen van deeltjesinteracties mogelijk zal maken, waren ontworpen, ontwikkelde, afgeleverd, en in juni geïnstalleerd door onderzoekers en technisch personeel van de University of Rochester bij SURF.

"Al onze elektronica is speciaal ontworpen voor LZ met als doel onze gevoeligheid voor de kleinst mogelijke signalen te maximaliseren, " zei Frank Wolfs, een professor in de natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Rochester die toezicht houdt op de inspanningen van de universiteit.

Hij merkte op dat meer dan 45 kilometer coaxkabel de fotomultiplicatorbuizen en hun versterkende elektronica - die tests ondergaan bij UC Davis - zal verbinden met de digitaliserende elektronica. "De succesvolle installatie van de digitale elektronica en de online netwerk- en computerinfrastructuur in juni doet ons verlangen naar de eerste signalen van LZ, ' voegde Wolfs eraan toe.

Ook in juni, LZ-deelnemers oefenden snelle dataverbindingen uit van de plaats van het experiment naar het maaiveld bij SURF en vervolgens naar Berkeley Lab. Gegevens die door de elektronica van de detectoren zijn vastgelegd, worden uiteindelijk overgebracht naar het primaire datacenter van LZ, het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) in Berkeley Lab via het Energy Sciences Network (ESnet), een snel landelijk datanetwerk in Berkeley Lab.

De productie van de op maat gemaakte acryltanks (zie gerelateerd artikel), die een vloeistof zal bevatten die bekend staat als een vloeibare scintillator, stond onder toezicht van LZ-deelnemers aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara.

"De laatste vijf tanks, afgeleverd in juni, werden vervaardigd met behulp van een nieuw acrylgietproces om nauw rond het cryostaatvat te passen, " zei Harry Nelson, hoogleraar natuurkunde aan de UC Santa Barbara.

“De samenwerking tussen LZ en SURF is geweldig, zoals blijkt uit het succes van het montagewerk tot nu toe, Headley zei. "We zijn er trots op deel uit te maken van het LZ-team en gastheer te zijn van dit toonaangevende experiment in South Dakota."