Een onderzoeksteam van de South Dakota School of Mines &Technology heeft een luchtreiniger gebouwd die het radon in de lucht heeft teruggebracht tot ongeveer 50 keer lager dan de normale buitenlucht. Het team draagt ​​bij aan het succes van een van 's werelds meest gevoelige experimenten met donkere materie:LZ. Donkere materie is nooit direct waargenomen. Maar er wordt aangenomen dat het 85% van alle materie in het universum uitmaakt. Het mysterie van donkere materie wordt beschouwd als een van de meest prangende vragen in de deeltjesfysica. Het LZ-experiment wordt diep onder de grond uitgevoerd, waar het wordt beschermd tegen hoogenergetische deeltjes. kosmische straling genoemd, die ongewenste achtergrondsignalen kunnen creëren. Maar ondergrondse omgevingen vormen andere uitdagingen. Ze zijn vaak hoger in radon, die ook gevoelige experimenten kunnen belemmeren.

"Meestal is de radonconcentratie onder de grond vrij hoog, maar de apparatuur die in SURF is geïnstalleerd, vermindert de radonachtergrond met een factor duizend, " zegt Richard Schnee, doctoraat, het hoofd van de afdeling natuurkunde van South Dakota Mines. "Radioactieve deeltjes vormen een reëel probleem voor deze supergevoelige donkere-materiedetectoren." Zelfs minuscule hoeveelheden radon kunnen het experiment besmetten en verstoren. "Zonder dit, de wetenschappelijke gemeenschap heeft geen reden om onze resultaten te vertrouwen, ", zegt Eric Morrison, een doctoraatsstudent aan de South Dakota Mines, die aan het project werkt.

Hoewel radongas in de lucht bij SURF voldoende kan zijn om een ​​gevoelig experiment te verstoren, het is niet genoeg om gevaarlijk te zijn voor mensen die ondergronds werken. Andere luchtbehandelingssystemen bij SURF houden de lucht in de rest van het ondergrondse lab op een veilig niveau.

Het team van Schnee controleerde ook veel van de componenten die werden gebruikt om LZ te bouwen op achtergrondstraling terwijl de LZ-detector werd geassembleerd. Dit begrip van het totale niveau van achtergrondstraling in de apparatuur zelf helpt onderzoekers het aantal vals-positieve gebeurtenissen te voorspellen die lijken op interacties met donkere materie. De LZ is onlangs ondergedoken bij SURF en gaat komend jaar de jacht op donkere materie starten. South Dakota Mines is een van de 37 instellingen wereldwijd die aan LZ werken.

Het South Dakota Mines-team heeft ook een radonreductiesysteem ontworpen en geïnstalleerd voor het SuperCDMS SNOLAB-experiment. Dit experiment is op jacht naar vermoedelijke donkere materiedeeltjes naast LZ. SuperCDMS SNOLAB wordt geassembleerd en gebruikt in het Canadese laboratorium SNOLAB, gelegen 6, 800 voet onder de grond in een nikkelmijn nabij de stad Sudbury, Ontario. Het is het diepste ondergrondse laboratorium in Noord-Amerika. SD Mines is een van de 26 instellingen wereldwijd die werken aan SuperCDMS SNOLAB.

Deze twee experimenten, SuperCDMS SNOLAB en LZ, zijn krachtige nieuwe tools die zullen proberen een van de grootste mysteries van de moderne natuurkunde op te lossen:donkere materie.