В глубинах земли, на территории заброшенной золотодобывающей шахты Хоумстейк в Южной Дакоте, разворачивается грандиозный научный проект. В недрах гор, в Sanford Underground Research Facility (SURF), возводится огромный детектор, предназначенный для изучения самых неуловимых частиц во Вселенной – нейтрино. Это часть международного эксперимента Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), цель которого – понять фундаментальные законы природы и, возможно, пролить свет на одну из самых больших загадок – дисбаланс материи и антиматерии.
Эксперимент DUNE представляет собой сложную систему из двух детекторов. Первый, ближний детектор, расположен в Фермилаб, штат Иллинойс, в непосредственной близости от источника нейтрино. Второй, дальний, погружен глубоко под землю в SURF. Нейтринный пучок, созданный в Фермилаб, пронизывает Землю на протяжении 1300 километров, достигая дальнего детектора, где и будут проводиться основные измерения.
Дальний детектор DUNE – это поистине колоссальное сооружение, вмещающее 70 000 тонн жидкого аргона. По размерам он сравним с двенадцатью олимпийскими плавательными бассейнами. Нейтрино, взаимодействуя посредством слабого ядерного взаимодействия, с огромной легкостью проходят сквозь материю, и только одна из десяти триллионов частиц вступает во взаимодействие с веществом детектора. Ближний детектор регистрирует около 50 взаимодействий в секунду, в то время как дальний – лишь одно взаимодействие каждые десять минут.
Изучение нейтрино имеет огромное значение для понимания фундаментальных законов природы. Эти частицы обладают уникальным свойством – нейтринной осцилляцией. Нейтрино способны менять свои «ароматы»: кошка, ягуар и тигр. Однако природа этого процесса, а также многие другие аспекты поведения нейтрино до сих пор остаются загадкой.
Одним из самых интригующих вопросов, на который стремится ответить DUNE, является дисбаланс материи и антиматерии. Теоретические модели предполагают, что в ранней Вселенной материя и антиматерия существовали в равных количествах. Однако мы наблюдаем, что наш мир состоит преимущественно из материи. Антиматерия, открытая в 1932 году, – это вещество, подобное материи, но при контакте с ней она аннигилирует, превращаясь в энергию. Эксперимент DUNE направлен на изучение лептонного рождения, гипотезы, согласно которой нейтрино и антинейтрино осциллируют с незначительными различиями, что, возможно, и объясняет асимметрию материи и антиматерии.
Проект DUNE развивается поэтапно. В 2006 году на месте бывшей шахты Хоумстейк был создан SURF. В 2015 году сформировалась коллаборация ученых, занявшихся реализацией нейтринной программы. В 2017 году началось строительство огромной подземной пещеры в SURF, где разместится дальний детектор. Масштабные раскопки, включавшие извлечение почти миллиона тонн породы, были завершены в начале этого года. В 2019 году началось строительство пучка нейтрино в Фермилаб.
Перед запуском основных детекторов, было проведено тестирование четырех прототипов, которые доказали работоспособность метода регистрации взаимодействий нейтрино. Этот опыт позволит ученым избежать ошибок при эксплуатации основной установки. Предполагается, что к концу десятилетия как ускоритель, так и детекторы DUNE будут запущены в эксплуатацию, что ознаменует начало новой эры в изучении физики элементарных частиц и Вселенной.
Расположенный в горах Блэк-Хиллс в Южной Дакоте, SURF является местом, где гранитные недра хранят тайны нейтрино. Ученым предстоит нелегкая работа по созданию одного из самых передовых научных инструментов в истории. Заложенные в фундамент DUNE идеи и знания – это инвестиции в будущее науки, способные изменить наше представление о Вселенной.
Изображение носит иллюстративный характер
Эксперимент DUNE представляет собой сложную систему из двух детекторов. Первый, ближний детектор, расположен в Фермилаб, штат Иллинойс, в непосредственной близости от источника нейтрино. Второй, дальний, погружен глубоко под землю в SURF. Нейтринный пучок, созданный в Фермилаб, пронизывает Землю на протяжении 1300 километров, достигая дальнего детектора, где и будут проводиться основные измерения.
Дальний детектор DUNE – это поистине колоссальное сооружение, вмещающее 70 000 тонн жидкого аргона. По размерам он сравним с двенадцатью олимпийскими плавательными бассейнами. Нейтрино, взаимодействуя посредством слабого ядерного взаимодействия, с огромной легкостью проходят сквозь материю, и только одна из десяти триллионов частиц вступает во взаимодействие с веществом детектора. Ближний детектор регистрирует около 50 взаимодействий в секунду, в то время как дальний – лишь одно взаимодействие каждые десять минут.
Изучение нейтрино имеет огромное значение для понимания фундаментальных законов природы. Эти частицы обладают уникальным свойством – нейтринной осцилляцией. Нейтрино способны менять свои «ароматы»: кошка, ягуар и тигр. Однако природа этого процесса, а также многие другие аспекты поведения нейтрино до сих пор остаются загадкой.
Одним из самых интригующих вопросов, на который стремится ответить DUNE, является дисбаланс материи и антиматерии. Теоретические модели предполагают, что в ранней Вселенной материя и антиматерия существовали в равных количествах. Однако мы наблюдаем, что наш мир состоит преимущественно из материи. Антиматерия, открытая в 1932 году, – это вещество, подобное материи, но при контакте с ней она аннигилирует, превращаясь в энергию. Эксперимент DUNE направлен на изучение лептонного рождения, гипотезы, согласно которой нейтрино и антинейтрино осциллируют с незначительными различиями, что, возможно, и объясняет асимметрию материи и антиматерии.
Проект DUNE развивается поэтапно. В 2006 году на месте бывшей шахты Хоумстейк был создан SURF. В 2015 году сформировалась коллаборация ученых, занявшихся реализацией нейтринной программы. В 2017 году началось строительство огромной подземной пещеры в SURF, где разместится дальний детектор. Масштабные раскопки, включавшие извлечение почти миллиона тонн породы, были завершены в начале этого года. В 2019 году началось строительство пучка нейтрино в Фермилаб.
Перед запуском основных детекторов, было проведено тестирование четырех прототипов, которые доказали работоспособность метода регистрации взаимодействий нейтрино. Этот опыт позволит ученым избежать ошибок при эксплуатации основной установки. Предполагается, что к концу десятилетия как ускоритель, так и детекторы DUNE будут запущены в эксплуатацию, что ознаменует начало новой эры в изучении физики элементарных частиц и Вселенной.
Расположенный в горах Блэк-Хиллс в Южной Дакоте, SURF является местом, где гранитные недра хранят тайны нейтрино. Ученым предстоит нелегкая работа по созданию одного из самых передовых научных инструментов в истории. Заложенные в фундамент DUNE идеи и знания – это инвестиции в будущее науки, способные изменить наше представление о Вселенной.
