DUNE とのコラボレーションにより、最初の検出器モジュールの量産を開始する準備が整いました

2023 年 3 月 30 日 | ダイアナ・クォン

深層ニュートリノ実験の最初の検出器モジュールの建設に向けた準備が急速に進んでいます。 国際協力「DUNE」のメンバーは、サウスダコタ州に出荷される検出器コンポーネントの最終テストを開始した。 そこで彼らは、宇宙で最もとらえどころのない粒子であるニュートリノを研究するために設計されたユニークな実験の一部となるでしょう。

DUNEはニュートリノの性質を探ることを目的とした実験です。 科学者たちは、これらの粒子の秘密が解き明かされることで、宇宙が物質でできている理由や、星の爆発の余波で中性子星やブラックホールがどのように形成されるのかなど、物理学における最大の謎のいくつかが解明されることを期待している。

DUNEは、米国エネルギー省のフェルミ国立加速器研究所が主催し、イリノイ州のフェルミ研究所サイトとサウスダコタ州のサンフォード地下研究施設の2か所に設置される。 遠探知機は、最終的には 4 つのモジュールから構成されることが想定されている巨大な構造物で、SURF の地下 1.5 キロメートルに設置されます。 各モジュールは液体アルゴン時間投影チャンバー（LArTPC）で、ニュートリノの研究に最適な空気中に一般的に存在する元素であるアルゴンを17,000トン充填するように設計されています。

英国のデアズベリー研究所では、アノードプレーンアセンブリと呼ばれるワイヤープレーンの建設が進行中である。同研究所は、深部地下ニュートリノ実験のために136台のAPAをサウスダコタ州に輸送する予定である。 写真：DUNEコラボ

SURF で構築される最初の DUNE 検出器モジュールには、水平ドリフト技術が採用されます。 ニュートリノがモジュール内のアルゴン原子と衝突すると、荷電粒子が生成されます。 これらの荷電粒子は、アルゴン中を移動するときに電子をノックアウトします。 電子は、電子が生成された場所の投影を記録するアノード プレーン アセンブリ (APA) に向かう強い電場によって引き寄せられます。 電子が APA に衝突するタイミングを測定することで、科学者は 3 次元の粒子の軌跡を再構築できます。

完成すると、最初の検出器モジュールには 150 個の APA が含まれることになります。APA はそれぞれサイズが約 2.3 メートル×6 メートルの大きな長方形の平面で、しっかりと巻かれた銅ベリリウム線で構成されます。 マンチェスター大学の物理学教授、ジャスティン・エバンス氏は、「壁をワイヤーの格子で効果的に塗りつぶすつもりだ」と語った。 彼は英国でAPAを構築する取り組みを主導しています。

最初のモジュールの技術は、2019 年に CERN ニュートリノ プラットフォームで ProtoDUNE と呼ばれる縮小バージョンでテストされ、成功しました。最終的な DUNE 検出器モジュールの 20 分の 1 のサイズでしたが、それでもこれまでに構築された LArTPC としては最大でした。そして操作した。

「英国でこのようなワイヤーグリッドを構築し、そこからデータを取得したのはこれが初めてでした」とエバンス氏は語った。 「そして彼らは素晴らしい働きをしてくれました。」

検出器技術が機能することを証明することに加えて、水平ドリフトのプロトタイプは、設計を改善できる箇所を明らかにしました。 これを念頭に置いて、科学者たちは、今年 CERN でテストを受ける予定のアップグレードされたプロトタイプである ProtoDUNE II を設計しました。

「プロトタイプからは常に教訓が得られます」と CERN の設置チーム リーダー、トーマス ウィーバー氏は述べています。 「私たちは、うまくいくだろうと考えていることが、実際にはうまくいくことを証明したいのです。」

DUNE の科学者は、2 番目の遠方検出器モジュール用に計画されている技術である垂直ドリフト検出器の技術開発にも取り組んでいます。 垂直ドリフトモジュール-0として知られる別のプロトタイプ検出器で新技術をテストする準備がCERNでも進行中である。

水平ドリフト モジュール アセンブリのあらゆる側面をテストすることには、世界中の DUNE 協力者から提供されるすべての検出器コンポーネントが安全に到着することを確認することも含まれます。 このプロセスがスムーズに進むように、ProtoDUNE II はインストール プロセスのテストベッドとしても機能しました。 検出器コンポーネントの製造に関与するグループは、すべてのテスト部品を CERN に持ち込んでプロトタイプを組み立て、テストしました。