Під землею на глибині кілометра будують детектор, що допоможе зрозуміти Всесвіт
У США стартує один із найамбітніших наукових проєктів сучасності. Вчені з Фермілаб — національної лабораторії Міністерства енергетики США — готуються до будівництва найбільшого у світі кріогенного детектора частинок. Його створюють у межах експерименту DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), а розташують… майже за півтора кілометра під землею.
Місцем для цього гіганта обрали підземний науковий комплекс Sanford у штаті Південна Дакота — колишню золоту шахту, яка тепер слугує притулком для передової фізики.
Гігант із рідкого аргону
Детектор DUNE складатиметься з кількох величезних модулів, які будуватимуть поетапно протягом багатьох років. Усередині кожного — надчутливі сенсори, занурені в рідкий аргон, охолоджений до температури мінус 186 градусів Цельсія.
Для уявлення масштабу: кожен із перших двох модулів потребуватиме об’єму рідкого аргону, еквівалентного п’яти олімпійським басейнам. А оскільки аргон щільніший за воду, це приблизно 17 тисяч тонн на один басейн.
Щоб заповнити лише перший модуль, знадобиться близько тисячі вантажівок з рідким аргоном. Постачання триватиме майже рік. Згодом міжнародні партнери проєкту додадуть ще два модулі. У підсумку загальний об’єм рідкого аргону в детекторі перевищить 50 тисяч тонн.
Холод, сталь і 20 років роботи
Утримувати таку кількість аргону в рідкому стані — окремий інженерний виклик. Для цього використовують спеціальні кріостати — герметичні сталеві конструкції, які зможуть підтримувати екстремально низьку температуру протягом приблизно 20 років безперервної роботи.
За даними Fermilab, роботи над кріогенними системами та сталевими конструкціями вже активно просуваються. Очікується, що перші два модулі DUNE запрацюють у 2032 році.
Навіщо все це потрібно?
Коли детектор буде заповнений і запущений, рідкий аргон постійно очищуватимуть і прокачуватимуть через систему фільтрації. Усередині нього сенсори почнуть фіксувати ледь помітні взаємодії нейтрино — загадкових частинок, які майже не взаємодіють із матерією і пронизують Всесвіт у величезних кількостях.
DUNE зможе створювати детальні 3D-зображення таких взаємодій, що дозволить:
- досліджувати коливання нейтрино,
- порівнювати нейтрино й антинейтрино,
- уточнювати їхню масу та властивості.
Крім того, детектор шукатиме надзвичайно рідкісні явища, зокрема розпад протона — подію, яка, якщо її зафіксувати, переверне наше розуміння фундаментальних законів фізики.
Від вибухів зірок до таємниці матерії
DUNE також стане унікальним «вухом» для Всесвіту. Він зможе зафіксувати потік нейтрино від вибухів наднових зірок, навіть якщо такі події стануться за межами нашої галактики.
А головне — експеримент може допомогти відповісти на одне з найбільших запитань науки: чому у Всесвіті значно більше матерії, ніж антиматерії? Саме ця асиметрія зробила можливим існування зірок, планет і, зрештою, нас із вами.
Наука, яка дивиться вглиб
DUNE — це не просто ще один детектор. Це спроба зазирнути в найглибші механізми реальності, використовуючи тишу й стабільність підземного світу. Якщо проєкт виправдає очікування, він може стати ключем до нової фізики — за межами Стандартної моделі.
І все це — за кілометр під землею, у холоді рідкого аргону, де народжуються відповіді на запитання про походження Всесвіту.