LUX-ZEPLIN LZ, un detector de materia oscura de próxima generación que será al menos 100 veces más sensible que su predecesor, ha superado otro hito de aprobación y está programado para comenzar su búsqueda subterránea de partículas teóricas conocidas comoWIMP, o partículas masivas que interactúan débilmente, en 2020.
Los WIMP se encuentran entre las principales perspectivas para explicar la materia oscura, lo invisible que hemos observado solo a través de los efectos gravitacionales.
El mes pasado, LZ recibió una importante aprobación del Departamento de Energía de los EE. UU. Conocida como Decisión Crítica 2 y 3b por el alcance general, el costo y el cronograma del proyecto. El último paso de aprobación pone en marcha la construcción de componentes principales y la preparación de susguarida de casi una milla de profundidad en el Centro de Investigación Subterránea de Sanford SURF en Lead, SD
El experimento está diseñado para detectar señales de materia oscura dentro de una cámara llena de 10 toneladas métricas de xenón líquido purificado, uno de los elementos más raros de la Tierra. El proyecto cuenta con el apoyo de una colaboración de más de 30 instituciones y unos 200 científicos.en todo el mundo.
Harry Nelson, portavoz de LZ y profesor de física en la Universidad de California, Santa Bárbara, dijo: "La naturaleza de la materia oscura, que comprende el 85 por ciento de toda la materia en el universo, es uno de los misterios más desconcertantes de todosciencia contemporánea: así como la ciencia ha aclarado la naturaleza de la materia familiar, desde la tabla periódica de elementos hasta las partículas subatómicas, incluido el bosón de Higgs recientemente descubierto, el proyecto LZ llevará a la ciencia a probar una de las hipótesis más atractivas para la naturalezade la materia oscura "
LZ lleva el nombre de la fusión de dos experimentos de detección de materia oscura: el experimento de xenón subterráneo grande LUX y el centelleo proporcional ZonEd en el Reino Unido en el experimento de gases Nobel líquidos ZEPLIN. LUX, un experimento subterráneo más pequeño basado en xenón líquidoen SURF será desmantelado para dar paso al nuevo proyecto.
"El xenón líquido ha resultado ser una sustancia casi mágica para la detección de WIMP, como lo demuestran las sensibilidades logradas por ZEPLIN y LUX", dijo el profesor Henrique Araujo del Imperial College de Londres, quien lidera el proyecto en el Reino Unido
El sitio SURF protege el experimento de muchos tipos de partículas que constantemente están cayendo sobre la superficie de la Tierra y oscurecen las señales que LZ está buscando.
"Nadie que haya intentado la materia oscura con la materia hasta ahora ha visto de manera convincente nada, en ningún lugar, lo que hace que LZ sea más importante que nunca", dijo Murdock "Gil" Gilchriese, director del proyecto LZ y físico de Berkeley Lab.
Dan McKinsey, científico senior de la facultad del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Laboratorio de Berkeley y profesor de Física de UC Berkeley que forma parte de la colaboración de LZ, dijo: "Una razón importante para LZ son las sorpresas: realmente estamos abriendo camino hacia elespacio de parámetros de baja energía y bajo fondo donde nadie ha mirado nunca, y aquí es donde podrían esperar sorpresas. Ahí es donde se descubren cosas nuevas. Mientras buscamos materia oscura, podemos ver algo más que tiene una rara interacción conmateria a bajas energías "
Algunos experimentos previos y planificados que también usan xenón líquido como medio para la detección de materia oscura están ayudando a preparar el escenario para LZ.
Los experimentos que buscan rastros de materia oscura se han vuelto cada vez más sensibles en poco tiempo, dijo Gilchriese, y señaló: "Es realmente como la ley de Moore", una observación sobre el crecimiento exponencial regular en la potencia informática a través de la creciente concentración de transistores en un chip de computadoracon el tiempo. "Las tecnologías utilizadas en los detectores de xenón líquido se han demostrado en todo el mundo".
El suministro completo de xenón para el proyecto ya está bajo contrato, dijo Gilchriese, y el estado de Dakota del Sur ayudó en la compra de este suministro. El gas xenón, que es costoso de producir, se usa en iluminación, imágenes médicas y anestesia, sistemas de propulsión de vehículos espaciales y la industria electrónica.
Antes de que el xenón se entregue en forma de gas en tanques a Dakota del Sur, se purificará en el Laboratorio Acelerador Nacional SLAC.
"Habiendo centrado en el diseño y la creación de prototipos durante algún tiempo, es muy emocionante avanzar hacia la construcción del detector LZ y los sistemas de purificación a escala de producción que procesarán su xenón", dijo Dan Akerib, quien codirige LZ de SLACequipo ". El objetivo es limitar la contaminación de otro elemento, el criptón, a solo una décima parte de cada trillón".
El xenón líquido se seleccionó porque puede ser ultra purificado, incluida la eliminación de la mayoría de los rastros de radiactividad que podrían interferir con las señales de partículas, y porque produce pulsos eléctricos y de luz cuando interactúa con las partículas.
Los ingenieros del Fermi National Accelerator Laboratory y el Laboratorio de Ciencias Físicas de la Universidad de Wisconsin están trabajando juntos para asegurarse de que nada de ese costoso xenón se pierda si se produce un corte de energía o se prolonga el tiempo de inactividad.
"El xenón en LZ es precioso tanto científica como financieramente, por lo que es muy importante que tengamos la misma cantidad de xenón al final del experimento que al principio", dijo Hugh Lippincott de Fermilab, el actual coordinador de física delcolaboración "Estamos entusiasmados de ser parte de esta próxima generación de experimentos directos de materia oscura".
LZ está diseñado para que una partícula de materia oscura produzca un rápido destello de luz seguido de un segundo destello de luz cuando los electrones producidos en la cámara de xenón líquido se desplazan hacia su parte superior. Los pulsos de luz, captados por una serie de aproximadamente500 tubos amplificadores de luz que recubren el enorme tanque llevarán la huella digital reveladora de las partículas que los crearon.
Los tubos están siendo fabricados actualmente por una compañía en Japón y serán probados por miembros de la colaboración. El progreso también continúa en la construcción de láminas de titanio ultrapuras en Italia que se formarán, ajustarán y soldarán juntas para crear un recipiente de doble paredeso retendrá el xenón líquido.
En las últimas semanas, los investigadores utilizaron LUX, que pronto será desmantelado, como banco de pruebas para prototipos de electrónica LZ. Probaron nuevos enfoques en el monitoreo y medición de señales de partículas, que los ayudarán a ajustar el detector LZ.
"Hemos aprendido un montón de cosas de LUX", dijo McKinsey. "Estamos mezclando algunas formas diferentes de elementos que podemos eliminar realmente bien o que se descomponen en isótopos estables, para medir todas las respuestas del líquidodetector de xenón. Nos estamos asegurando de que nuestros errores sean pequeños cuando realmente hacemos el experimento LZ ".
Otro trabajo se enfoca en medir con precisión la más mínima contribución al ruido de fondo en el detector que representan todos los componentes que rodearán el xenón líquido, para ayudar a predecir lo que verá el detector una vez que se enciende. Se utiliza un sistema de alto voltajesiendo probado en Berkeley Lab que generará un campo eléctrico dentro del detector para guiar el flujo de electrones producidos en las interacciones de partículas a la parte superior de la cámara de xenón líquido.
"En SLAC, hemos establecido una plataforma completa donde la colaboración de LZ está probando prototipos de detectores y está realizando todo tipo de pruebas de sistema", dijo Tom Shutt, co-líder del grupo LZ del laboratorio nacional y cofundador de LUX.
En el próximo año habrá mucho trabajo en SURF para desmontar LUX y preparar el sitio subterráneo para el ensamblaje y la instalación de LZ. Gran parte del ensamblaje en el sitio para LZ tendrá lugar en 2018-19 en SURF.
Kevin Lesko, físico senior en Berkeley Lab y jefe de la oficina de operaciones SURF de Berkeley Lab, dijo que LZ se beneficiará del trabajo previo en el sitio SURF para prepararse para experimentos nuevos y más grandes ". En 2009, dimensionamos el tanque de aguay otra infraestructura para soportar experimentos de próxima generación ", dijo.
Fuertes equipos científicos del Reino Unido, Portugal, Rusia y Corea del Sur están haciendo contribuciones físicas e intelectuales cruciales al proyecto LZ. Para obtener más información sobre la colaboración LZ, visite: http://lz.lbl.gov/collaboration/ .
LZ cuenta con el apoyo de la Oficina de Física de Alta Energía del Departamento de Energía de EE. UU., El Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido, la Fundación Portuguesa para la Ciencia y la Tecnología y la Autoridad de Ciencia y Tecnología de Dakota del Sur SDSTA, que desarrolló el Subterráneo de SanfordCentro de Investigación SURF. SURF es operado por el SDSTA bajo un contrato con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley para la Oficina de Física de Alta Energía del Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Glenn Roberts Jr .. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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