Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Sanford Underground Research Facility (SURF) , или Sanford Lab, подземная лаборатория в Lead , Южная Дакота . Самая глубокая подземная лаборатория в Соединенных Штатах, в ней проводятся многочисленные эксперименты в таких областях, как исследования темной материи и нейтрино , биология, геология и инженерия. В настоящее время на объекте размещено 28 активных исследовательских проектов, 24 из которых включают профессоров, студентов и аспирантов из университетов Южной Дакоты.

Sanford Lab находится в ведении Управления науки и технологий Южной Дакоты (SDSTA). Операции SURF финансируются Министерством энергетики США через Национальную ускорительную лабораторию Ферми и за счет щедрого пожертвования (70 миллионов долларов) от Т. Денни Сэнфорда . Штат Южная Дакота также вложил в проект почти 70 миллионов долларов.

Научные исследования [ править ]

Глубина, стабильность горных пород и история лаборатории Sanford Lab делают ее идеальной для чувствительных физических экспериментов, которым необходимо избежать высокоэнергетического космического излучения от Солнца. Кроме того, объект используется для исследователей, изучающих геологию, биологию и инженерию. [1] [2]

Список экспериментов

Эксперименты в стадии разработки:

DUNE , LBNF / организовано Fermilab: Ученые из эксперимента Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) надеются произвести революцию в нашем понимании роли нейтрино в создании Вселенной. Используя установку нейтрино с длинной базой (LBNF), они будут стрелять пучком нейтрино из Фермилаба в Батавии, штат Иллинойс, на 800 миль через землю к детекторам глубоко под землей в лаборатории Сэнфорда в Лиде, Южная Дакота. [3]

LUX-Zeplin: LUX-ZEPLIN (LZ) - это детектор темной материи следующего поколения, который заменит эксперимент LUX глубоко под землей в Sanford Lab. Эксперимент продолжит поиск WIMP (слабовзаимодействующих массивных частиц) с использованием детектора, который в 30 раз больше и в 100 раз более чувствителен, чем LUX. [4]

Активные эксперименты:

EGS Collab : совместный проект по усовершенствованным геотермальным системам (EGS) - это сотрудничество восьми национальных лабораторий и шести университетов, которые работают над улучшением геотермальных технологий. EGS проводит полевые эксперименты, чтобы лучше понять и смоделировать трещиноватость горных пород и другие элементы геотермальной энергии. [5]

CASPAR: Сотрудничество с Компактной ускорительной системой для проведения астрофизических исследований (CASPAR) использует ускоритель с низким энергопотреблением, чтобы лучше понять, как элементы производятся во Вселенной, с какой скоростью и сколько энергии производится во время процесса. [6]

Majorana Demonstrator : Majorana Demonstrator использует 40 кг чистых кристаллов германия, заключенных в модули криостата глубокой заморозки, чтобы ответить на один из самых сложных и важных вопросов физики: являются ли нейтрино их собственными античастицами? Если ответ положительный, потребуется переписать Стандартную модель частиц и взаимодействий, наше базовое понимание физического мира. [7]

GEOXTM: GEOXTM надеется создать самую большую в мире сеть подземных оптоволоконных датчиков деформации и температуры, а также наклономеров для измерения движения горных пород в подземной лаборатории. [8]

Прозрачная Земля: в рамках проекта разрабатывается глубокая сейсмическая обсерватория для научных исследований, разработки сенсорных технологий и обеспечения безопасности в лаборатории Сэнфорда. [9]

Предыдущие эксперименты:

LUX: В мае 2016 года эксперимент с большим подземным ксеноном (LUX) завершился. Хотя он не обнаруживал темную материю, он был объявлен самым чувствительным детектором темной материи в мире. [10]

kISMET: KISMET (управление проницаемостью (k) и индуцированной сейсмичностью для энергетических технологий) пробурил и пробурил пять скважин глубиной 50 метров, чтобы узнать больше о структуре горных пород. Эксперимент был предшественником EGS Collab. [11]

ДУГЛ: В течение нескольких лет Глубокая подземная гравитационная лаборатория использовала 20 сейсмометров, стратегически размещенных на поверхности и на нескольких уровнях Сэнфордской лаборатории от 300 до 485 уровней. Размещенные в сетке сейсмометры отслеживали движение земли, давая исследователям трехмерную сейсмическую картину, которая использовалась для разработки будущих детекторов гравитационных волн. DUGL, который был выведен из эксплуатации в 2017 году, был проектом, связанным с гравитационно-волновой обсерваторией с лазерным интерферометром ( LIGO ). [12]

Эксперимент с солнечными нейтрино (эксперимент Дэвиса / эксперимент в домашних условиях ): Рэймонд Дэвис-младший , пионер в исследованиях нейтрино, построил детектор солнечных нейтрино глубоко под землей в лаборатории Сэнфорда. [13] Когда он обнаружил только треть того, что было предсказано, он нечаянно создал то, что стало называться «проблемой солнечных нейтрино». Другие эксперименты - нейтринная обсерватория Садбери в Канаде и Super Kamiokande в Японии - подтвердили работу Дэвиса, в результате чего он получил одну треть Нобелевской премии по физике в 2001 году [14].

Образование и пропаганда [ править ]

Образовательная и информационная программа - это совместное предприятие Sanford Lab и Государственного университета Блэк-Хиллз (BHSU). [15] Программа предоставляет ресурсы для региональных преподавателей, включая 9 ассемблерных программ, 13 учебных модулей и 12 полевых поездок, чтобы продвинуть STEM-образование. [16]

Sanford Lab также проводит общественные информационные мероприятия, в том числе серию Deep Talks Science for Every и общегородской научный фестиваль Neutrino Day, который ежегодно привлекает 1500 участников. [17] Хотя общественные экскурсии по объекту недоступны, в 2015 году Sanford Lab построила Центр для посетителей Sanford Lab Homestake . Центр для посетителей с видом на гребень разреза Open Cut глубиной 1000 футов способствует тому, что общественность оценивает богатую историю добычи Lead и дает представление о достижениях науки в Sanford Lab. [17]

Образовательный центр Sanford Science Education Center (SSEC), официально учрежденный весной 2014 года, является партнерством Sanford Underground Research Facility, Государственного университета Блэк-Хиллз и Центра для посетителей Sanford Lab Homestake. SSEC стремится к развитию и продвижению богатого инновационного опыта обучения и подготовке следующего поколения ученых, инженеров, математиков и преподавателей. SSEC оказывает поддержку образовательным и просветительским программам Sanford Lab, подземному кампусу BHSU и гостевому центру Sanford Lab Homestake. [18]

Объект [ править ]

SURF расположен на территории бывшего золотого рудника Хоумстейк и занимает 223 акра на поверхности и 7700 акров под землей. Наземная собственность включает в себя как кампус Йейтса, так и кампус Росс, названные соответственно в честь шахт Йейтса и Росса, которые обеспечивают доступ к подземным областям. Собственность была подарена материнской компанией Homestake, Barrick Gold, SDSTA для использования в качестве специализированного исследовательского центра в 2006 году [19].

Хоумстейк проложил более 370 миль подземных стволов, штреков и пандусов, а в Sanford Lab в настоящее время имеется около 12 миль для научных исследований. Основной уровень для науки - это уровень 4850, на который можно попасть через шахты Йейтса и Росса. На высоте 1490 метров SURF является самой глубокой подземной лабораторией в США. Для экспериментов на уровне 4850 средняя покрывающая порода составляет примерно 4300 метров водного эквивалента (мВт). Эта глубина обеспечивает значительную защиту от космического излучения Солнца для экспериментов по физике чувствительных частиц. [1]

Два основных подземных кампуса, кампус Дэвиса и кампус Росс, проводят эксперименты на уровне 4850. [20]

Пещера Дэвиса

В кампусе Дэвиса находится пещера Дэвиса, в которой первоначально находился эксперимент доктора Реймонда Дэвиса-младшего с солнечными нейтрино, которая была перепроектирована и расширена для экспериментов с темной материей. [13] Первый, Большой подземный ксеноновый эксперимент (LUX), проводился с 2013 по 2016 год. [10] Пещера Дэвиса дала эксперименту среду, необходимую для того, чтобы стать самым чувствительным детектором темной материи в мире. более года после вывода из эксплуатации.

Эта современная лаборатория оснащена резервуаром для воды емкостью 72 000 галлонов (272 549 литров), который служит дополнительной защитой от космического излучения; а также систему деионизации воды, чистую комнату и диспетчерскую для исследователей. Исследователи оснастили пещеру Дэвиса системой очистки ксенона, серверами, электроникой и самим экспериментом. Все они снова будут задействованы в эксперименте с темной материей следующего поколения LUX-ZEPLIN (LZ). [4]

Подземный кампус государственного университета Блэк-Хиллз

На уровне 4850 в подземном кампусе государственного университета Блэк-Хиллз (BHUC) находится низкофоновый счетчик Sanford Lab - чистая комната класса 1000, содержащая несколько сверхчувствительных низкофоновых счетчиков (LBC), используемых для анализа материалов для сверхчувствительных экспериментов - а прилегающее рабочее пространство можно использовать для различных дисциплин. Объект управляется Государственным университетом Блэк-Хиллз и включает в себя пять действующих LBC. [21]

В этих LBC используются германиевые детекторы, размещенные в контейнерах из свинцового кирпича, для проверки материалов и определения ионизирующего излучения, выделяемого материалом с течением времени по мере распада его радиоактивных элементов. Этот процесс подсчета помогает исследователям решить, какие типы материалов лучше всего подходят для их экспериментов. Он также предоставляет данные исследователям, позволяя им рассчитать, сколько радиоактивности они могут ожидать от своих материалов в течение всего срока эксперимента. [21]

Соглашение о консорциуме между владельцами LBC позволяет счетчикам быть доступными для других университетов и партнеров, создавая возможности для совместных исследований. Хотя счетчики предназначены для поддержки высокоприоритетных экспериментов, консорциум позволяет использовать эти счетчики для всех совместных работ и академических пользователей, когда есть свободное место. [22]

Лаборатория сборки поверхностей

Лаборатория сборки поверхностей (SAL) - это лаборатория площадью 780 квадратных футов с чистым помещением класса 1000. Эта лаборатория предоставляет исследователям пространство для очистки и сборки частей своих экспериментов перед их транспортировкой под землю. Чтобы приспособить эти процессы, SAL включает алюминиевую пленку; воздушные шлюзы; подъемник; яма глубиной 12 футов для крупных монтажных проектов; и радон-редукционная система. [23]

Станция очистки сточных вод

С момента начала работы Sanford Lab в 2008 году миллиарды галлонов воды были обработаны на очистных сооружениях (КОС). Чтобы вода, проникающая естественным путем, не накапливалась под землей, примерно 700 галлонов воды в минуту перекачиваются из-под земли в поверхностный резервуар, где она ожидает процесса очистки. Вода, перекачиваемая из самых глубоких штольней лаборатории Сэнфорда и хвостохранилища Гризли Гулч, фильтруется через несколько систем, которые очищают воду от грязи, минералов и токсинов, обеспечивая безопасное возвращение в системы естественных водотоков. После очистки вода сбрасывается в Gold Run Creek , который впадает в Whitewood Creek в пределах нескольких сотен ярдов от выпускной трубы. [24]

Sanford Lab следит за состоянием этих водотоков, подсчитывает популяции рыб и макробеспозвоночных и проводит тесты на наличие загрязняющих веществ. Согласно этому постановлению, в 2019 году очистные сооружения были признаны Департаментом окружающей среды и природных ресурсов Южной Дакоты (DENR) одиннадцатый год подряд за их «выдающуюся работу системы сточных вод и соблюдение экологических требований» наградой DENR за разрешение на сброс поверхностных вод. [25]

История [ править ]

Завод расположен на предыдущем золотом руднике Homestake, глубоком подземном золотом руднике, основанном во время золотой лихорадки Блэк-Хиллз в 1876 году. В конце 1960-х годов на руднике проводился эксперимент Homestake . Операция, также известная как эксперимент Дэвиса, позволила Рэймонду Дэвису-младшему напрямую измерить поток солнечных нейтрино . [13] Расхождение с потоком предсказанного из Измерения Солнца «s светимости привела к развитию Дэвиса о проблеме солнечных нейтрино . Эксперимент Хоумстейк сделал шахту ресурсом среди научных кругов.

Когда в 2002 году рудник Хоумстейк закрылся, Национальный научный фонд (NSF) уже рассматривал этот объект в качестве возможной будущей площадки для глубинной подземной научно-технической лаборатории США (DUSEL). [19] В 2006 году тезка учреждения Т. Денни Сэнфорд пожертвовала предприятию 70 миллионов долларов, Barrick Gold Corporation сделала пожертвование земли, а в соответствии с законодательством штата было создано Управление науки и технологий Южной Дакоты (SDSTA), квазигосударственная организация. Эти разработки завершились созданием Sanford Lab в 2007 году.

После обширного процесса обезвоживания уровень 4850 лаборатории Сэнфорда был открыт губернатором Южной Дакоты Майком Раундсом и Т. Денни Сэнфордом в 2009 году. Подземное освящение проходило в помещении, которое теперь называется «Губернаторский уголок». [26]

В декабре 2010 года Национальный научный совет решил не финансировать дальнейшую разработку DUSEL. Однако в 2011 году Министерство энергетики через Национальную лабораторию Лоуренса Беркли согласилось поддержать научные операции в лаборатории. Сегодня деятельность Sanford Lab финансируется Министерством энергетики США через Национальную ускорительную лабораторию Ферми .

Первыми двумя крупными физическими экспериментами, расположенными на Уровне 4850, были эксперимент «Большой подземный ксенон» (LUX) и эксперимент «Демонстратор Майораны». LUX находится в той же пещере, которая была раскопана для эксперимента Рэя Дэвиса в 1960-х годах. В октябре 2013 года, после первоначального запуска в 80 дней, LUX был определен как самый чувствительный детектор темной материи в мире. [4] В эксперименте Майорана проводится поиск редкого типа радиоактивного распада, называемого «безнейтринный двойной бета-распад». Если бы это явление было обнаружено, это могло бы подтвердить, что нейтрино являются собственными античастицами, и дать ключ к разгадке того, почему материя преобладала над антивеществом. [27]

В 2017 году коллаборация Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) провела прорыв на уровне 4850 в лаборатории Сэнфорда, чтобы отметить начало раскопок лаборатории с длинными базами нейтрино, где будет проходить международный эксперимент DUNE. [3]

См. Также [ править ]

  • Обсерватория Камиока
  • Laboratori Nazionali del Gran Sasso
  • Нейтринная обсерватория Садбери
  • Подземная лаборатория Боулби

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "Обзор подземного исследовательского центра Сэнфорда | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  2. ^ "Углубляясь в науку | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  3. ^ а б "Фермилаб | LBNF | Home" . lbnf.fnal.gov . Проверено 26 апреля 2019 .
  4. ^ a b c "Эксперимент LZ с темной материей" . lz.lbl.gov . Проверено 26 апреля 2019 .
  5. ^ «Как работает усовершенствованная геотермальная система» . Energy.gov . Проверено 26 апреля 2019 .
  6. ^ Дам, Маркетинговые коммуникации: Интернет // Университет Нотр. «Ускоритель CASPAR // Институт структуры и ядерной астрофизики // Университет Нотр-Дам» . Институт структуры и ядерной астрофизики . Проверено 26 апреля 2019 .
  7. ^ "Подземный нейтринный эксперимент создает основу для глубоких открытий о материи | ORNL" . www.ornl.gov . Проверено 26 апреля 2019 .
  8. ^ "GEOXTM | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  9. ^ "Прозрачная Земля | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  10. ^ а б 21 июля; Стейси 401-863-3766, 2016 Контактное лицо для СМИ: Кевин. «Самый чувствительный в мире детектор темной материи завершает поиск» . news.brown.edu . Проверено 26 апреля 2019 .
  11. ^ "kISMET | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  12. ^ "DUGL | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  13. ^ a b c "Рэймонд Дэвис-младший" . www.bnl.gov . Проверено 26 апреля 2019 .
  14. ^ "Нобелевская премия по физике 2002" . NobelPrize.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  15. ^ "K-12 STEM образование | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  16. ^ "K-12 STEM образование | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  17. ^ a b «Работа с общественностью | Подземный исследовательский центр Сэнфорда» . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  18. ^ "Сэнфордский научно-образовательный центр" . www.bhsu.edu . Проверено 26 апреля 2019 .
  19. ^ a b «Все, что угодно, только не заброшенный | Подземный исследовательский центр Сэнфорда» . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  20. ^ "Кампус Дэвиса | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  21. ^ a b "Подземный кампус BHSU | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  22. ^ "ScienceDirect" . www.sciencedirect.com . DOI : 10.1016 / j.apradiso.2017.02.025 . Проверено 26 апреля 2019 .
  23. ^ "Лаборатория LUX готова для установки детектора | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  24. ^ "Станция очистки сточных вод | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  25. ^ Лаборатория, Эрин Броберг Сэнфорд. «Станция очистки сточных вод Sanford Lab признана» . Медиа-группа журнала Rapid City . Проверено 26 апреля 2019 .
  26. ^ "Сэнфордская лаборатория посвятила 4850 футов под землей | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .
  27. ^ "MAJORANA Demonstrator | Подземный исследовательский центр Сэнфорда" . www.sanfordlab.org . Проверено 26 апреля 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница Подземного исследовательского центра Сэнфорда

Координаты : 44.352 ° N 103.751 ° W44 ° 21′07 ″ с.ш., 103 ° 45′04 ″ з.д. /  / 44,352; -103,751