練習すれば完璧 (粒子検出器)

深層ニュートリノ実験（DUNE）が完了すると、世界で最も包括的なニュートリノ実験となる。そして、地下1マイルの洞窟にDUNE用の巨大な遠方検出器を設置することは、世界最大のオペレーションゲームのようなものになるだろう。

DUNE は 2 つの検出器で構成されます。1 つは小型の近検出器で、イリノイ州にある米国エネルギー省のフェルミ国立加速器研究所に設置されます。 もう1つは、サウスダコタ州のサンフォード地下研究施設（SURF）に設置される大型の遠方探知機です。

遠距離検出器は 4 つのモジュールで構成されるように設計されており、そのうち 2 つは建設中、2 つはまだ計画中です。それぞれのモジュールの寸法はほぼ 6 階建ての建物と同じで、長さはサッカー場と同じです。 1 つのモジュールは、陽極面アセンブリ (APA) と呼ばれる 25 列の小型ニュートリノ検出器で構成されます。これは、実験で最も壊れやすいコンポーネントの一部です。

SURF の DUNE ファーディテクタは地下洞窟で組み立てられているため、作業の余地はあまりありません。 APA の最後の列を設置する技術者は壁に向かって立ち、安全に作業できる範囲はわずか数メートルです。 シザーリフトを導入すれば、シザーリフトとAPAの間には人間が歩ける程度のスペースが確保されます。 終わったら、持ち込んだ道具や器具をすべて持ち帰って、なんとか戻らなければなりません。

検出器を完成させるために、「我々は数インチの余裕を持って作業している」と、ミネソタ州アッシュリバーにある別の地下研究所、NOvA Far Detector Facility のマネージャー、トム・ウィーバー氏は言う。

ウィーバーは、最終的な設置の準備において重要な役割を果たしているため、制約についてはよく知っています。

NOvAは長距離ニュートリノ実験でもあります。 アッシュ川の遠方検出器とフェルミ研究所の近方検出器で構成されています。 フェルミ研究所から発生したニュートリノのビームは両方の検出器を通過します。

NOvA が組み立てられると、アッシュ リバーの施設には、DUNE の試験組み立てエリアを作成するのに十分な高層スペースが確保されました。 ここは、技術者が作業を練習できる 2 つのプロトタイプ APA がある唯一の場所です。

プロトタイピングは、大粒子物理実験の開発において不可欠なステップです。 実験条件で動作することを確認するためのコンポーネントのテストから、部品の輸送と組み立てのリハーサルに至るまで、素粒子物理学のコラボレーションは、実験が期待どおりに実行されることを確認するために多大な労力を費やします。

DUNE の多くのコンポーネントは、設計図と材料のリストに基づいて Wieber と彼のチームが社内で製造した特別に開発されたツールを使用しています。 次に、DUNE プロトタイプでツールをテストします。

「私たちの背後には、安全に使用する方法を見つけるだけで済むような方法でツールや治具を設計する優れたエンジニアがいます」とウィーバー氏は言います。 「たとえば、重すぎますか？ インストールや削除を簡単にするために別のヘルパー ツールが必要ですか? 落ちないようにするにはどのようなものにストラップをつける必要がありますか？ これを使うときは、どの時点でも手が3本ないと使えないんですか？」

問題が発生すると、Wieber のチームはエンジニアに問題を通知し、修正の可能性を提案します。 その後、設計が修正され、プロセスが再度開始されます。

「テスト後に何らかの変更を加えていないバージョン 1 のウィジェット、ツール、フィクスチャの数はおそらく片手で数えることができます。その中には単純なものもあれば、完全に作り直されたものもあります。」と Wieber 氏は言います。

「学んだ教訓はすべて貴重なものです」と彼は言います。 「難しかったこと、時間がかかったことが何であれ、記録する必要があります。 なぜなら、私たちはプロトタイプを構築しているので、問題があれば…これをキロトンにスケールアップするときに[問題が]悪化しないように、それを文書化する必要があるからです。」

Ash River のセットアップは多用途であるため、Wieber と彼のチームは一度に多くのことをテストできます。 たとえば、ケーブルの長さをテストするために、2 つの APA を異なる方向に設置しています。 同時に、カソードプレーンの「曲がり」をテストし、三日月型に保持した後にまっすぐになるかどうかを確認しています。