南達科他州挖掘80萬噸岩石建造世界上最大的中微子探測器
中微子是迄今為止發現的最難以捉摸的基本粒子之一。 它們的質量極小,很少與常規物質相互作用,但它們可能是解答粒子物理學中一些最基本問題的關鍵。長基線中微子設施(LBNF)深層地下中微子實驗(DUNE)的研究人員已經完成了美國設施管理的一個重大科學計畫的第一階段。 工程師和建築工人從位於南達科他州利德的桑福德地下研究設施移走了80萬噸岩石,為中微子及其難以捉摸的性質方面最雄心勃勃的研究項目之一讓路。
這項地下挖掘工程已於八月完成,美國能源部目前正在製定計劃,研究人員將如何利用這個位於地下一英里處的新洞穴系統。 該設施將容納一系列巨大的、七層樓高的中微子探測器及其必要的科學設備,從而在未來幾年內實現該計畫。
LBNF-DUNE是一項國際合作項目,據費米實驗室研究人員稱,其目的是”揭開中微子的神秘面紗”。 美國將與來自35 個國家的國際夥伴合作,將中微子”流”從能源部位於伊利諾伊州的費米國家加速器實驗室送往位於南達科他州的遠距離探測器。
中微子從伊利諾州的設施到達南達科他州的地下探測器時,將穿過天然岩石和石頭。 每個探測器都將充滿17000 噸液態氬,這將最大限度地增加探測到中微子相互作用的機會,同時屏蔽宇宙中微子對探測器的影響。
挖掘過程歷時三年,80 萬噸岩石被運到地面,儲存在一個封閉的礦坑中。 下一步是在新挖掘的地下系統中安裝遠距離探測器,預計將於2028 年開始運作。 之後,LBNF-DUNE 團隊將在費米實驗室安裝”近”探測器,以完成實驗。
美國能源部稱LBNF-DUNE 計畫是了解中微子及其在粒子物理標準模型中的作用的新時代的開始。 儘管中微子早在100 年前就被理論化了,但它仍然令科學家們感到困惑,特別是因為根據標準模型,中微子應該是無質量的。
然而,中微子並不像光子那樣完全沒有質量。 雖然我們還沒有測量它們的確切質量,但科學家們相信中微子可能是解開標準模型中粒子之謎的關鍵,有可能解釋大爆炸後形成我們宇宙的物質和反物質之間的不平衡。 LBNF-DUNE計畫旨在解開我們科學認識中的這個關鍵問題。