O componente chave do experimento LUX-ZEPLIN está pronto para ser selado e abaixado a cerca de 1,5 km de profundidade, onde ele irá procurar por matéria escura.
A matéria escura é uma misteriosa forma de matéria que representa cerca de 85% da massa do universo. No entanto, porque se prevê que ele interaja apenas muito fracamente com a matéria comum, até agora não foi detectado.
O LUX-ZEPLIN (LZ) será o experimento de matéria escura mais sensível já construído. Em 26 de julho, os pesquisadores terminaram de montar sua peça central, a Câmara de Projeção de Tempo de xenônio líquido (TPC), no Sanford Underground Research Facility em Dakota do Sul, EUA.
“Este detector de xenônio estará no centro do experimento de matéria escura da LZ”, disse o professor Henrique Araújo, do Departamento de Física do Imperial College London, que lidera os esforços de colaboração da LZ no Reino Unido e co-liderou o desenvolvimento do TPC. com o professor Tom Shutt, do SLAC National Accelerator Laboratory.
13.500 horas de esforço
Para montar o TPC, 250 membros de 37 instituições de todo o mundo se reuniram para garantir que os requisitos mecânicos, ópticos, elétricos, radiológicos e de limpeza do projeto fossem atendidos.
A fabricação das dezenas de milhares de componentes que compõem o TPC teve início em 2015, e a montagem do instrumento começou em dezembro de 2018. A etapa de integração envolveu 13.500 horas de esforço – uma fração significativa foi dedicada a manter a limpeza ultra-exigida. condições no laboratório de montagem de superfície.
Em seguida, ele será inserido em seu vaso criostático – uma câmara que mantém temperaturas frias – e desceu quase 1,5 km abaixo em uma mina de ouro fora de uso, pronta para detectar a matéria escura. As operações estão planejadas para começar em meados de 2020.
“Temos algumas coisas em comum com um programa espacial”, disse o professor Araújo. “Antes de lançar, você faz todo o seu trabalho no chão por anos, aperfeiçoando a engenharia para que o seu instrumento funcione, não importa o que. LZ é um pouco como um experimento espacial, apenas na direção oposta. Não podemos expô-lo ao subterrâneo. ar – isso comprometeria seu desempenho. Depois de implantá-lo no subsolo, é isso. Tem que funcionar. “
Detectando WIMPs
Uma vez enterrado, o detector será resfriado a -100 ° C e preenchido com dez toneladas de xenônio líquido. Como o xenônio é um elemento pesado, há uma chance maior de os átomos de xenônio interagirem com partículas hipotéticas de matéria escura chamadas WIMPs – partículas massivas que interagem fracamente.
Os pesquisadores acreditam que, se um WIMP interagir com um átomo de xenônio, ele produzirá dois flashes de luz. Um aparece prontamente, quando a partícula colide com um átomo de xenônio, que recua através do líquido. O segundo é gerado por elétrons sacudidos pela colisão, que são guiados para o topo do detector e acelerados através de uma camada de xenônio gasoso acima do líquido.
Embora esses flashes sejam imperceptíveis ao olho humano, o detector é revestido por centenas de tubos fotomultiplicadores. Esses sensores ultrassensíveis podem amplificar um sinal até mesmo de um único fóton de luz.
Décadas de desenvolvimento
O projeto de TPC empregado pela LZ foi aperfeiçoado ao longo de décadas de experimentação com detectores semelhantes que permitem aos pesquisadores determinar onde uma interação acontece, e se é provavelmente devido a uma interação de fundo no instrumento ou a um sinal verdadeiro de matéria escura. Entre eles, o experimento ZEPLIN-III na mina de Boulby, em North Yorkshire, liderado pelo Imperial, e o experimento LUX, liderado pelos Estados Unidos – que deu origem ao LZ.
Ser enterrado no subsolo protege o experimento de muitas interações de fundo de processos prontamente detectados na superfície que poderiam obscurecer um sinal de matéria escura, como os raios cósmicos que despejam a Terra do espaço sideral.
O Professor Shutt disse: “O TPC é um sistema complexo e é uma grande conquista tê-lo totalmente montado. Isso nos leva a um passo importante para poder procurar a matéria escura.
“Também é gratificante porque envolveu a montagem de um grande número de subsistemas projetados e construídos por grupos nos EUA e no Reino Unido ao longo de vários anos. Então, é uma espécie de junção para a colaboração.”
Publicado em 12/08/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-08-global-team-scientists-finish-next-generation.html
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