Une grande équipe internationale de chercheurs, dont des scientifiques de la Kansas State University, se tourne vers de minuscules particules pour répondre à de grandes questions sur la matière noire, trous noirs et les origines de l'univers.

L'expérience Deep Underground Neutrino, ou DUNE, vise à répondre à ces questions en détectant et en étudiant les neutrinos. Vendredi, 21 juillet a marqué l'inauguration de la construction de l'installation de neutrinos à longue base, qui abritera DUNE.

L'installation de neutrinos enverra des particules à 800 miles à travers la terre de Chicago à un détecteur de mile de profondeur dans le Dakota du Sud. Des chercheurs de la Kansas State University sont impliqués dans l'organisation du projet et développent le système haute tension de l'expérience.

« Au niveau national, DUNE est le projet le plus prioritaire de l'Office of High Energy Physics du département de l'Énergie des États-Unis, " a déclaré Tim Bolton, professeur de physique. "Il est important pour nous de nous engager avec la communauté scientifique internationale sur des projets révolutionnaires comme celui-ci."

Bolton fait partie de l'équipe de direction qui organise l'expérience et Glenn Horton-Smith, professeur de physique, contribue au développement du système haute tension de l'expérience. Bolton et Horton-Smith sont tous deux des experts en physique expérimentale des hautes énergies et des particules et ont été impliqués depuis les premières phases de planification de DUNE. Parmi les autres chercheurs universitaires impliqués, citons Ajib Paudel, doctorant en physique, Népal; Heng-ye Liao, stagiaire postdoctoral en physique; et le Laboratoire de conception électronique, dirigé par les ingénieurs Tim Sobering et Russell Taylor.

"Ce projet nous permet de cartographier des zones inexplorées, " Horton-Smith a déclaré. "Nous pouvons acquérir des connaissances en physique fondamentale ainsi que l'univers primitif."

DUNE est une grande collaboration internationale d'environ 1, 000 scientifiques et ingénieurs de 30 pays. L'installation de neutrinos à longue base de DUNE implique deux installations américaines :le laboratoire national de l'accélérateur Fermi du département américain de l'Énergie dans l'Illinois enverra un faisceau de neutrinos à 800 milles à travers la terre jusqu'à l'installation de recherche souterraine de Sanford dans le Dakota du Sud.

Pendant le processus de construction de 10 ans, les ouvriers creuseront plus de 800, 000 tonnes de roche pour créer d'immenses cavernes souterraines pour d'énormes détecteurs de particules, qui permettra aux chercheurs d'étudier et de comprendre les neutrinos. Les neutrinos sont les particules de matière les plus abondantes dans l'univers, pourtant, on sait très peu de choses sur leur rôle dans l'évolution de l'univers. Les scientifiques étudieront les interactions des neutrinos avec les atomes d'argon pour en savoir plus sur ces particules insaisissables mais abondantes.

Des chercheurs de la Kansas State University développent le système haute tension pour le détecteur de l'installation de recherche souterraine de Sanford dans le Dakota du Sud. Le détecteur de quatre étages sera à près d'un mile sous terre et rempli d'argon liquide. Les chercheurs universitaires ont conçu un système qui gère et distribue en toute sécurité des tensions de plus de 100, 000 volts et crée un champ électrique égal entre les deux grandes électrodes qui composent le détecteur.

Les chercheurs universitaires ont également été impliqués dans la construction du système à haute tension, qui doit être plié pour tenir dans un petit espace puis déplié tout en conservant les connexions électriques.

"C'est comme construire un bateau dans une bouteille, " Horton-Smith a déclaré. " Cela a impliqué beaucoup d'ingénierie et de physique pour s'assurer que cette conception maintient une connexion fiable pendant le processus de construction. "

Pour préparer DUNE, les chercheurs participent à un test de prototype plus petit actuellement en cours d'assemblage au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, près de Genève. Les physiciens universitaires ont participé à la conception, essai, livraison et fabrication du système haute tension du prototype. L'équipe analysera les données du prototype et apportera des améliorations à la conception avant d'installer le véritable système haute tension à l'installation de neutrinos à longue base au cours des dernières étapes de la construction.

Lorsque l'installation neutrino est opérationnelle, Boulonner, Horton-Smith et les autres chercheurs universitaires espèrent que les scientifiques en apprendront davantage sur la relation entre la matière et l'antimatière. Alors que tout est fait de matière, son partenaire opposé, l'antimatière, est très rare et ne peut être créé que par la physique des hautes énergies. La recherche DUNE peut aider à résoudre une énigme physique majeure :pourquoi l'univers est-il fait de toute la matière alors qu'il pourrait être un mélange égal de matière et d'antimatière ?

"C'est un énorme casse-tête pour comprendre comment les règles de la physique s'appliquent à très grande échelle, " a déclaré Bolton. " Ce projet est un investissement à long terme, mais il y a de nombreux avantages à mesure que vous en apprenez davantage sur les manières fondamentales dont la nature fonctionne."