Cinco hechos (más) fascinantes sobre Dune

Symmetry Magazine Se necesita mucha inteligencia para diseñar el increíble, fiable y contraíble experimento de neutrinos subterráneos profundos. Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova Por Lauren Biron, para Symmetry Magazine Mayo 17 de 2018 El Deep Underground Neutrino Experiment, diseñado para resolver misterios sobre pequeñas partículas llamadas neutrinos, crece día a día. Más de 1000 científicos de más de 30 países están colaborando en el proyecto. La construcción de prototipos de detectores está en marcha. Los ingenieros se están preparando para forjar espacio para el detector de partículas de mamut a una milla por debajo del suelo. El proyecto internacional está organizado por el Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía, en las afueras de Chicago, y cuenta con personas que descifran acertijos de ingeniería en todo el mundo. Aquí hay cinco proezas increíbles de ingeniería y diseño relacionadas con la construcción del mayor experimento de neutrinos líquido-argón en el mundo. 1. Los módulos del detector DUNE pueden (y se reducirán) en alrededor de medio pie (16.5 centímetros) cuando se llenan con argón líquido. Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova Cada uno de los grandes módulos detectores DUNE en Dakota del Sur tendrá unos 175 pies (58 metros) de largo, pero todo tiene que poder encogerse cómodamente cuando está refrigerado a una temperatura negativa de 300 grados Fahrenheit (184 grados Celsius negativos). La caja exterior que contiene todo el material frío y los componentes del detector, también conocido como criostato, sobrevivirá gracias a algo parecido al origami. Estará hecho de paneles cuadrados con pliegues en todos los lados, creando protuberancias elevadas o corrugaciones alrededor de cada cuadrado. A medida que DUNE se enfría cientos de grados a temperaturas de argón líquido, el recipiente puede permanecer del mismo tamaño debido a esos pliegues; la corrugación proporciona material adicional que puede extenderse a medida que las áreas planas se contraen. Pero adentro, los componentes estarán en movimiento. Muchos de los principales componentes del detector dentro del criostato se unirán al techo con un sistema de suspensión dinámica que les permite moverse hasta medio pie cuando se enfrían. 2. Los investigadores deben diseñar un nuevo tipo de objetivo para resistir el aluvión de partículas que se necesitarán para crear el haz de neutrinos de alta energía más intenso del mundo para DUNE. Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova Los objetivos son el material con el que interactúa un haz de protones para producir neutrinos. El complejo acelerador Fermilab se está actualizando con un nuevo colisionador lineal superconductor al inicio de la cadena del acelerador para producir un haz de protones aún más potente para DUNE, lo que significa que los ingenieros necesitan un objetivo más robusto que pueda resistir el ataque intenso de partículas. . Las líneas de luz de neutrinos actuales en Fermilab usan objetivos diferentes, uno con hileras de baldosas de grafito enfriadas por agua denominadas aletas de un metro de longitud y otro con berilio refrigerado por aire. Pero los ingenieros están trabajando en una nueva varilla cilíndrica enfriada con gas helio para cumplir con la mayor intensidad. ¿Qué tan intenso es? La potencia del rayo de la nueva cadena del acelerador se enviará en pulsos cortos con una potencia instantánea de aproximadamente 150 gigavatios, equivalente a alimentar 15 mil millones de bombillas de 100 vatios al mismo tiempo durante una fracción de segundo. 3. Un solo componente de detector de prueba DUNE requiere casi 15 millas de cable. Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova Antes de que los científicos comiencen a construir los detectores de neutrinos líquidos de argón a una milla bajo la superficie en South Dakota, quieren asegurarse de que su tecnología funcione como se espera. En un detector de prueba ProtoDUNE que se está construyendo en el CERN, están probando piezas llamadas "conjuntos de ánodo plano". Cada uno de estos paneles está hecho de casi 15 millas (24 kilómetros) de cable tensado con precisión que tiene que estar plano, dentro de unos pocos milímetros. El cable tiene un mero grosor de 150 micras, aproximadamente el ancho de dos cabellos. Este panel de cables atraerá y detectará las partículas producidas cuando los neutrinos interactúan con el argón líquido en el detector, y se necesitarán cientos para DUNE. 4. DUNE será el experimento de líquido-argón de mayor voltaje en el mundo. Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova Los cuatro módulos de detectores de DUNE, que se ubicarán a una milla bajo tierra en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford en Dakota del Sur, usarán componentes eléctricos llamados jaulas de campo. Estos capturarán pistas de partículas puestas en movimiento por una interacción de neutrinos. Los diferentes módulos presentarán diferentes diseños de jaulas de campo, uno de los cuales tiene un voltaje objetivo de alrededor de 180,000 voltios, aproximadamente 1500 veces más voltaje que el que encontraría en la tostadora de su cocina, mientras que el otro diseño tiene una capacidad de 600,000 voltios. Esto es mucho más de lo que produjeron los experimentos previos de argón líquido como MicroBooNE e ICARUS (ahora ambos parte del programa de neutrinos de línea de base corta de Fermilab), que típicamente operan entre 70,000 y 80,000 voltios. Construir un experimento de alto voltaje requiere creatividad de diseño. Incluso las cosas "simples", desde la protección contra subidas de tensión y el diseño de pasamuros -los elegantes enchufes que llevan este alto voltaje de la fuente de alimentación al detector- deben considerarse cuidadosamente y, en algunos casos, construirse desde cero. 5. Los investigadores esperan que el sistema de datos de DUNE atrape unos 10 neutrinos por día, pero debe poder atrapar a miles en segundos si una estrella se convierte en supernova cercana. Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova Una supernova es una explosión gigante que ocurre cuando una estrella se colapsa sobre sí misma. La mayoría de las personas imaginan la dramática explosión de luz y calor, pero gran parte de la energía (alrededor del 99 por ciento) es transportada por los neutrinos que luego pueden ser grabados aquí en la Tierra en los detectores de neutrinos. En un día normal, DUNE verá típicamente un puñado de neutrinos provenientes del haz de neutrinos de alta energía más intenso del mundo: alrededor de 10 por día al comienzo del experimento. Porque los neutrinos interactúan muy raramente con otra materia; los científicos deben enviar trillones a sus detectores distantes para atrapar incluso a algunos. Pero una supernova libera tantos neutrinos que el detector podría ver varios miles de neutrinos en segundos si una estrella explota en nuestra Vía Láctea. Un grupo dedicado dentro de DUNE está trabajando en la mejor manera de registrar rápidamente la enorme cantidad de datos de una supernova, que será de aproximadamente 50 terabytes en diez segundos. En caso de que se lo haya perdido, aquí están los primeros "Cinco hechos fascinantes sobre DUNE". With a tiny help from Google