Bemanningen die werken aan het grootste Amerikaanse experiment dat is ontworpen om donkere materie rechtstreeks te detecteren, hebben vorige maand een belangrijke mijlpaal bereikt, en richten hun blik nu op het opstarten na enige vertragingen te hebben ondervonden als gevolg van wereldwijde pandemische voorzorgsmaatregelen.

Ambtenaren van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben op 21 september formeel getekend voor de voltooiing van het project voor LUX-ZEPLIN, of LZ:een ultragevoelig experiment dat 10 ton vloeibaar xenon zal gebruiken om te jagen op signalen van interacties met theoretische donkere materiedeeltjes, WIMP's genaamd, of zwak interagerende massieve deeltjes. De mijlpaal van de voltooiing van het project van DOE wordt Critical Decision 4 genoemd, of CD-4.

Donkere materie vormt naar schatting 85 procent van alle materie in het heelal. We weten dat het er is vanwege de waargenomen zwaartekrachtseffecten op normale materie. maar we weten nog niet wat het is. LZ is ontworpen om de twee lichtflitsen te detecteren die optreden als een WIMP interageert met de kern van een xenon-atoom.

"We zijn de inbedrijfstelling van de detector aan het afronden - de testfase - en zullen volgend jaar naar LZ-gegevens kijken, " zei Simon Fiorucci, LZ operations manager en een fysicus bij het Lawrence Berkeley National Laboratory van het DOE (Berkeley Lab), die de leidende instelling is voor de LZ-samenwerking.

LZ is bijna anderhalve kilometer onder de grond geïnstalleerd in de Sanford Underground Research Facility (Sanford Lab) in Lead, Zuid Dakota. De diepte biedt natuurlijke bescherming tegen de constante regen van kosmische straling aan het aardoppervlak, die een bron zijn van "ruis" van achtergronddeeltjes die de WIMP-interactiesignalen waarnaar wetenschappers op zoek zijn, zouden kunnen overstemmen. LZ is ook opgebouwd uit componenten die afzonderlijk zijn geselecteerd en getest om weinig natuurlijk voorkomende straling te bevatten, wat het zoeken ook zou kunnen bemoeilijken.

Mike Headley, uitvoerend directeur van Sanford Lab, zei, "Het hele Sanford Lab-team feliciteert de LZ-samenwerking met het bereiken van deze belangrijke mijlpaal. Het LZ-team is een geweldige partner geweest en we zijn er trots op hen te mogen verwelkomen in Sanford Lab. We kijken uit naar de LZ-gegevensverzameling volgend jaar."

De reactie op de COVID-19-pandemie bracht Sanford Lab ertoe zijn activiteiten op 25 maart terug te brengen tot alleen de activiteiten die als essentieel werden beschouwd. en de site begon op 6 mei met een overgang naar meer activiteiten. Berkeley Lab en andere instellingen in de LZ-samenwerking hadden ook hun activiteiten verminderd als reactie op het coronavirus. Sanford-lab, en LZ projectmedewerkers, hadden het geluk snel weer aan het werk te kunnen, merkte Fiorucci op.

Hij merkte op dat xenonzuiverende activiteiten bij SLAC National Accelerator Laboratory tijdelijk waren uitgesteld vanwege COVID-19-gerelateerde reducties. Xenon gezuiverd bij SLAC zal worden verscheept naar Sanford Lab en omgezet in vloeibaar xenon voor het LZ-experiment.

"Ondanks al deze complicaties hebben we behoorlijke vooruitgang geboekt, " zei hij. "We waren erin geslaagd om een ​​personeelsbestand te behouden bij Sanford Lab en bij SLAC, en om de zaken op zijn minst op 80 procent snelheid te houden. In juni waren we weer op nominale snelheid, en zijn sindsdien terug in die modus."

Toch, COVID-19-risico's blijven bestaan, en Fiorucci merkten op dat werknemers zich blijven houden aan veiligheidsprotocollen om deze risico's te verminderen. Tijdens deze inbedrijfstellingsfase er zijn ongeveer 15-20 LZ-werknemers verdeeld over twee ploegen bij Sanford Lab, Fiorucci zei, en hij verwacht dat dit personeelsbestand tot het einde van dit jaar zal blijven bestaan.

Nu CD-4 is bereikt, Fiorucci zei dat het spannend is om de finish in zicht te hebben.

"We krijgen veel minder techniek - en veel meer wetenschap - in de mix, "zei hij. "Het is zeker spannend en opwindend." Hij merkte op dat leden van de samenwerking eerder in deze positie hebben gezeten:de voorganger van LZ, het LUX-experiment, werd ook geïnstalleerd en geëxploiteerd in dezelfde ondergrondse onderzoekscaverne in Sanford Lab.

Maar deze keer is het anders.

"We hebben dit zeker eerder gedaan, maar nooit op deze schaal, " zei hij. LUX gebruikte ongeveer een derde van een ton vloeibaar xenon, terwijl LZ 10 ton vloeibaar xenon zal hebben en ongeveer 100 keer gevoeliger zal zijn voor interacties met donkere materiedeeltjes.

"We gaan nu het onbekende in."