La plupart des composants restants nécessaires à l'assemblage complet d'une expérience souterraine de recherche de matière noire appelée LUX-ZEPLIN (LZ) sont arrivés au domicile du projet dans le Dakota du Sud lors d'une ruée de livraisons en juin.

Une fois terminé, LZ sera le plus grand, l'expérience américaine la plus sensible à ce jour, conçue pour détecter directement les particules de matière noire. Les scientifiques du monde entier tentent depuis des décennies de résoudre le mystère de la matière noire, qui représente environ 85 % de toute la matière de l'univers, bien que nous ne l'ayons jusqu'à présent détectée qu'indirectement grâce aux effets gravitationnels observés.

La majeure partie des composants numériques du système électronique de LZ, qui est conçu pour transmettre et enregistrer des signaux d'interactions de particules toujours légères dans le vaisseau détecteur de base de LZ, faisaient partie des nouveaux arrivants à l'installation de recherche souterraine de Sanford (SURF). LE SURF, le site d'une ancienne mine d'or aujourd'hui dédié à un large spectre de recherche scientifique, abritait également une expérience de recherche précédente appelée LUX.

Un ensemble final de récipients en acrylique parfaitement ajustés, qui sera rempli d'un liquide spécial conçu pour identifier les faux signaux de matière noire dans le détecteur interne de LZ, également arrivé à SURF en juin.

Aussi, les deux dernières des quatre grilles métalliques tissées de manière complexe qui sont essentielles pour maintenir un champ électrique constant et extraire les signaux du détecteur interne de l'expérience, aussi appelée chambre de projection temporelle, arrivé en juin (voir article lié).

"LZ a franchi des étapes importantes en juin. Ce fut le mois le plus chargé pour livrer des choses à SURF - c'était le pic, " a déclaré Murdock Gilchriese, directeur du projet LZ du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie. Berkeley Lab est l'institution principale du projet LZ, qui est soutenu par une collaboration internationale qui compte environ 37 institutions participantes et environ 250 chercheurs et membres d'équipe de soutien technique.

"Dans quelques mois, toute l'action sur LZ sera au SURF - nous sommes déjà sur le point d'avoir tout là-bas, " dit Gilchriese.

Mike Headley, directeur général de SURF, mentionné, "Nous préparons collectivement ces livraisons depuis un certain temps et tout s'est très bien passé. C'est passionnant de voir les travaux d'assemblage de l'expérience progresser et nous sommes impatients d'abaisser le détecteur assemblé à un kilomètre sous terre pour l'installation."

Tous ces composants seront transportés dans un puits et installés dans une caverne de recherche de près d'un kilomètre de profondeur. La roche au-dessus fournit un bouclier naturel contre une grande partie du bombardement constant de particules qui pleuvent sur la surface de la planète et qui produisent un « bruit » indésirable.

Les composants LZ ont également été minutieusement testés et sélectionnés pour garantir que les matériaux dont ils sont faits n'interfèrent pas eux-mêmes avec les signaux de particules que les chercheurs tentent de démêler.

LZ se concentre particulièrement sur la recherche d'un type de particule théorique appelée particule massive à interaction faible ou WIMP en déclenchant une séquence unique de signaux lumineux et électriques dans un réservoir rempli de 10 tonnes métriques de xénon liquide hautement purifié, qui fait partie des éléments les plus rares de la Terre. Les propriétés des atomes de xénon leur permettent de produire de la lumière dans certaines interactions de particules.

La preuve des particules de matière noire changerait fondamentalement notre compréhension de la composition de l'univers, car notre modèle standard de physique actuel ne tient pas compte de leur existence.

L'assemblage de la chambre de projection temporelle au xénon liquide pour LZ est maintenant terminé à environ 80 %, dit Gilchriese. Une fois entièrement assemblé plus tard ce mois-ci, ce détecteur interne contiendra environ 500 tubes photomultiplicateurs. Les tubes sont conçus pour amplifier et transmettre les signaux produits dans la chambre.

Une fois assemblé, la chambre de projection temporelle sera abaissée avec précaution dans un récipient en titane personnalisé déjà chez SURF. Avant qu'il ne soit rempli de xénon, cette chambre sera abaissée à une profondeur d'environ 4, 850 pieds. Il sera transporté dans un cadre spécialement conçu pour minimiser les vibrations, puis a flotté dans la caverne expérimentale à travers une piste métallique temporairement assemblée sur des rondelles gonflées à l'air appelées patins à air.

Finalement, il sera descendu dans un plus grand récipient extérieur en titane, déjà sous terre, pour former le cryostat final isolé sous vide nécessaire pour abriter le xénon liquide.

Ce voyage d'une journée, prévu en septembre, sera une expérience passionnante pour toute l'équipe du projet, a noté Simon Fiorucci de Berkeley Lab, Chef de projet adjoint LZ.

"Ce sera certainement le plus stressant - c'est la chose qui ne peut vraiment pas échouer. Une fois que nous aurons terminé avec cela, une grande partie de nos risques disparaît et une grande partie de notre planification devient plus facile, " il a dit, ajouter, "Ce sera la plus grande étape qui reste en plus d'avoir du xénon liquide dans le détecteur."

Les équipes du projet commenceront bientôt à tester le système de circulation du xénon, déjà installé sous terre, qui fera circuler continuellement du xénon à travers le détecteur interne, le purifier davantage, et le reliquifier. Fiorucci a déclaré que les chercheurs utiliseraient environ 250 livres de xénon pour ces premiers tests.

Les travaux sont également en voie d'achèvement sur le système de refroidissement cryogénique de LZ qui est nécessaire pour convertir le gaz xénon en sa forme liquide.

L'électronique numérique LZ, qui se connectera à terme aux réseaux de tubes photomultiplicateurs et permettra la lecture des signaux d'interactions de particules, ont été conçus, développé, livré, et installé par les chercheurs et le personnel technique de l'Université de Rochester à SURF en juin.

"Toute notre électronique a été conçue spécifiquement pour LZ dans le but de maximiser notre sensibilité pour les signaux les plus petits possibles, " a déclaré Frank Wolfs, un professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Rochester qui supervise les efforts de l'université.

Il a noté que plus de 28 miles de câble coaxial connecteront les tubes photomultiplicateurs et leur électronique d'amplification - qui sont en cours de test à l'UC Davis - à l'électronique de numérisation. « L'installation réussie de l'électronique numérique et du réseau en ligne et de l'infrastructure informatique en juin nous rend impatients de voir les premiers signaux émerger de LZ, " ajouta Wolfs.

Toujours en juin, Les participants à LZ ont exercé des connexions de données à haut débit depuis le site de l'expérience jusqu'au niveau de la surface à SURF, puis à Berkeley Lab. Les données capturées par l'électronique des détecteurs seront finalement transférées au centre de données principal de LZ, le National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) à Berkeley Lab via l'Energy Sciences Network (ESnet), un réseau de données national à haut débit basé à Berkeley Lab.

La fabrication des cuves acryliques sur mesure (voir article associé), qui contiendra un fluide appelé scintillateur liquide, a été supervisé par les participants LZ à l'Université de Californie, Santa Barbara.

"Les cinq derniers chars, livré en juin, ont été fabriqués à l'aide d'un nouveau procédé de moulage acrylique pour s'adapter étroitement autour du récipient du cryostat, " dit Harry Nelson, professeur de physique à l'UC Santa Barbara.

"Le partenariat entre LZ et SURF est formidable, comme en témoigne le succès des travaux d'assemblage à ce jour, " a déclaré Headley. " Nous sommes fiers de faire partie de l'équipe LZ et d'accueillir cette expérience de pointe dans le Dakota du Sud. "