26/07/2017 - Beginnen Sie mit dem Bau eines großen internationalen Experiments, um Neutrinos zu verstehen

Menéame

Mit einer Zeremonie am Freitag, dem 21. Juli im Untertagelabor von Sanford (Sanford Underground Research Facility, SURF) in Lead (Süddakota, USA), markierte eine Gruppe von politischen Führern, Wissenschaftlern und Ingenieuren aus der ganzen Welt den Beginn eines großen internationalen Experiments, das unser Wissen über das Universum verändern könnte. Es handelt sich um die Anlage Long-Baseline Neutrino Facility (LBNF), die das internationale Experiment beherbergen wird DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), die von 1.000 Wissenschaftlern und Ingenieuren aus 30 Ländern, darunter Spanien, gebaut und betrieben wird. Das ICESAT, das Institut für Theoretische Physik (IFT, UAM-CSIC), das Institut für Hochenergiephysik (IFAE) und das Institut für Corpusculare Physik (IFIC, CSIC-UV) nehmen an dem Bau teil.

Wenn es fertig ist, wird LBNF/DUNE das größte Experiment sein, das in den Vereinigten Staaten gebaut wurde, um die Eigenschaften der mysteriösen Teilchen zu untersuchen, die Neutrino genannt werden. Die Geheimnisse dieser Teilchen zu enthüllen, könnte uns helfen, besser zu erklären, wie das Universum funktioniert und warum es Materie gibt.

Institutionen aus Dutzenden von Ländern werden zum Bau der DUNE-Komponenten beitragen. Dieses Experiment wird Studenten und junge Forscher aus der ganzen Welt anlocken und die nächste Generation von Wissenschaftlern bilden, die diesen Forschungsbereich führen werden.

Das Labor Fermilab, das sich am Rande von Chicago befindet, wird einen Neutrinostrahl erzeugen und ihn 1300 Kilometer über die Erde zur SURF schicken, wo vier große vierstöckige Detektoren und 70 000 Tonnen flüssiger Argon unter der Oberfläche gebaut werden, um diese Neutrinos zu fangen.

Die Wissenschaftler werden die Wechselwirkungen von Neutrinos in den Detektoren untersuchen, um die Veränderungen zu verstehen, die diese Partikel durchmachen, wenn sie von einem Punkt zum anderen in einem Augenöffner reisen und schließen. Seit ihrer Entdeckung vor mehr als 60 Jahren haben sich Neutrinos als die erstaunlichsten subatomaren Teilchen erwiesen, die zwischen drei verschiedenen Staaten schwingen, ist eine ihrer größten Überraschungen. Dieser Fund begann mit einem Experiment mit Solarneutralinen, das Ray Davis in den 60er Jahren leitete und in der gleichen unterirdischen Mine durchgeführt wurde, die jetzt LBNF/DUNE beherbergen wird. Davis erhielt 2002 den Nobelpreis für Physik für dieses Experiment.

Die Wissenschaftler von DUNE werden auch nach unterschiedlichen Verhaltensmustern zwischen Neutrinos und ihren Antimaterie-Repliken, den Antineutralen suchen, was uns Hinweise darauf geben könnte, warum wir in einem von Materie beherrschten Universum leben. DUNE wird auch Neutrinos beobachten, die bei Sternexplosionen entstehen, was die Bildung von Neutronensternen und schwarzen Löchern enthüllen würde. Er wird auch untersuchen, ob Protonen für immer leben oder schließlich in andere Teilchen zerfallen und uns der Verwirklichung des Einstein-Schlafs nähern: der Theorie der Großen Einheit.

Aber davor muss man die Anlage bauen, etwas, das im nächsten Jahrzehnt passieren wird. Die Arbeiter werden mit dem Bau beginnen, indem sie mehr als 870 000 Tonnen Gestein ausgraben, um die riesigen unterirdischen Höhlen des DUNE-Detektors zu schaffen. In der Zwischenzeit werden große Prototypen von DUNE im Europäischen Labor für Partikelphysik (CERN) gebaut, einem der größten Projektpartner, und die Technologie, die für diese kleineren Versionen entwickelt wurde, wird getestet und erweitert, wenn die großen DUNE-Detektoren hergestellt werden.

Diese Anlage wird vom US-amerikanischen Ministerium für Energie Wissenschaft in Zusammenarbeit mit dem CERN und anderen Partnern aus 30 Ländern finanziert. Die an DUNE beteiligten Wissenschaftler stammen aus wissenschaftlichen Einrichtungen aus Armenien, Brasilien, Bulgarien, Kanada, Chile, China, Kolumbien, Südkorea, den Vereinigten Staaten, Spanien, Finnland, Frankreich, Griechenland, Holland, Indien, Iran, Italien, Japan, Madagaskar, Mexiko, Peru, Polen, der Tschechischen Republik, Rumänien, Russland, Schweden, der Schweiz, der Türkei, der Ukraine und dem Vereinigten Königreich.

Vier spanische Forschungszentren sind Teil der wissenschaftlichen Zusammenarbeit des DUNE-Experiments. Seine Beiträge umfassen sowohl die Planung und den Bau des Experiments, insbesondere der in SURF eingebauten Detektoren, als auch Studien zur Optimierung der wissenschaftlichen Nutzung des Experiments. Ein wichtiger Schritt zum Bau dieser Detektoren in SURF ist die Herstellung von Prototypen zur Erprobung der Technologie. Diese Aufgabe, an der auch die spanischen Institutionen beteiligt sind, wird im CERN mit dem Bau von zwei großen Prototypen durchgeführt, die ProtoDUNE Single Phase oder ProtoDUNE Einzelphase (ProtoDUNE-SP) und ProtoDUNE dual Phase oder ProtoDUNE Doppelphase (ProtoDUNE-DP) genannt werden und ab 2018 mit Teilchenbündeln getestet werden.

Installation des ProtoDUNE-DP-Experiments im CERN (Quelle: ICESAT)

La ICES-Einheit María de Maeztu - Partikelphysik Teilnahme am DUNE-Experiment über die Neutrinogruppe. Die Gruppe besteht aus vier Doktoren, vier Doktoranden, fünf Ingenieuren und drei unterstützenden Technikern.

Die Neutrino-Forschungsgruppe ICESAT in Madrid, in Abstimmung mit dem IFAE in Barcelona, ist er verantwortlich für das Lichterkennungssystem von ProtoDUNE-DP, bestehend aus 36 Photomultiplikatoren, die das Licht erkennen und verstärken, das durch Partikelwechsel im Detektor erzeugt wird und es in ein elektrisches Signal umwandelt. Der CIEMAT führt die Charakterisierung dieser Photomultiplikatoren durch, um ihre Reaktion auf verschiedene Lichtsignale zu verstehen. Die für den Betrieb der Photomultiplikatoren erforderlichen mechanischen Halterungen und elektrischen Bauteile werden auch vom CIEMAT-Personal entwickelt und hergestellt. Darüber hinaus benötigen die Photomultiplikatoren eine spezielle Beschichtung, die es ermöglicht, das unsichtbare Licht, das in der Argon produziert wird, in eine von den Detektoren sichtbare Wellenlänge zu verwandeln, die vom IFAE durchgeführt wird. Um das einwandfreie Funktionieren der Photomultiplikatoren zu überprüfen, wird ein Lichtmotorisierungssystem entwickelt und getestet. Mit dem Ziel, die zweistufige groß angelegte Technologie zu demonstrieren, wurde zunächst ein 3x1x1 m3 Detektor in das CERN eingebaut, das derzeit Daten nutzt und die Wissenschaftler des CIEMAT und des IFAE für die Analyse des gesammelten Lichts zuständig sind. Die Ergebnisse dieser Analyse werden dazu dienen, das Design des ProtoDUNE-DP-Detektors von 6x6x6 m3 abzuschließen.

Darüber hinaus koordiniert das ICESAT die DUNE-Arbeitsgruppe zur Ermittlung von Neutrinos aus Supernova. Das Lichtsignal der Photomultiplikatoren ist von entscheidender Bedeutung, wenn es den Beginn der Ereignisse anzeigt, die durch die Explosion einer Supernova ausgelöst wurden. Die Wissenschaftler des ICESAT sind dabei, das System für die Lichterkennung in die Simulations- und Datenanalyseprogramme einzubeziehen.

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Referat Kommunikation und PP

ICESAT

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