Глубокий подземный эксперимент с нейтрино ( DUNE ) — это строящийся нейтринный эксперимент с ближним детектором в Фермилабе и дальним детектором в подземном исследовательском центре Сэнфорда , который будет наблюдать нейтрино, производимые в Фермилабе . Интенсивный пучок триллионов нейтрино с производственной установки в Фермилабе (штат Иллинойс ) будет отправлен на расстояние 1300 километров (810 миль) с целью понять роль нейтрино во Вселенной. [1] [2] Над проектом работают более 1000 сотрудников. [3] Эксперимент рассчитан на 20-летний период сбора данных. [4]
Научные цели были настолько убедительными в 2014 году, что Группа по определению приоритетов проекта по физике элементарных частиц (P5) оценила его как «проект с наивысшим приоритетом в свои сроки» (рекомендация 13). [10] Важность этих целей привела к предложениям о конкурирующих проектах в других странах, в частности об эксперименте «Гипер-Камиоканде» в Японии, сбор данных которого планируется начать в 2027 году . график и рост стоимости с менее чем 2 миллиардов долларов до более чем 3 миллиардов долларов, что привело к появлению статей в журналах Science и Scientific American , в которых проект описывался как «проблемный». [11] [12]В 2022 году эксперимент с пучком нейтрино стартовал в начале 2030-х годов, и сейчас проект поэтапно реализуется. [11] [12]
Линия луча для DUNE называется «Установкой нейтрино с длинной базой» (LBNF). [13] Окончательный проект предполагает, что пучок протонов мощностью 2,4 МВт из главного ускорителя-инжектора будет направлен в канал LBNF для производства пионов и каонов , которые магнитно фокусируются в трубу распада через магнитный рупор , где они распадаются на нейтрино . Нейтрино будут путешествовать по прямой линии через Землю, достигая глубины около 30 километров (19 миль) под землей около средней точки, и прибудут в подземную лабораторию в Лиде, Южная Дакота.
Чтобы направить нейтрино в сторону подземной лаборатории, луч должен быть направлен в землю под крутым углом. Конструкция LBNF будет включать холм высотой 58 футов из уплотненного грунта, соединяющийся с туннелем длиной 680 футов, в котором будет находиться труба распада частиц длиной 635 футов. [14] Холм является неотъемлемой частью «улучшенного управления тритием, [которому] уделяется основное внимание при проектировании этой новой установки с более высоким лучом энергии». [15] Тритий, производимый по трубопроводам, может попадать в поверхностные грунтовые воды, однако его уровень в Фермилабе поддерживается на уровне, значительно ниже разрешенного правилами. [16]
Чтобы обеспечить LBNF мощностью 1,2 МВт протонов, необходимо завершить вторую фазу Проекта улучшения протонов («PIP II»), который увеличит доставку протонов из цепочки ускорителей Фермилаб на 60%. [17] Стоимость модернизации Фермилаба по состоянию на 2022 год составляет 1,28 миллиарда долларов. [18] Таким образом, совокупные затраты PIP II и DUNE Phase I превышают 4 миллиарда долларов. Проект PIP II получил одобрение на начало строительства в апреле 2022 года и, как ожидается, будет завершен к 2028 году. [17]
Конструкция дальнего детектора DUNE основана на современной технологии проекционной камеры времени с жидким аргоном (LArTPC) . Дальний детектор будет состоять из жидкого аргона общим объемом 70 килотонн , расположенного глубоко под землей, на глубине 1,5 километра (4850 футов) под поверхностью. [19] Текущая конструкция разделяет жидкий аргон между четырьмя модулями LArTPC с «ориентировочным объемом» (объемом, пригодным для физического анализа, который меньше общего объема, чтобы избежать взаимодействия вблизи краев детектора) по 10 килотонн каждый. Для создания пещер для дальних детекторов будет выкопано около 800 000 тонн породы. [20]