Ce réseau de tubes photomultiplicateurs est conçu pour détecter les signaux se produisant dans le réservoir de xénon liquide de LZ. Crédit :Matt Kapust/Laboratoire de Sanford
Les équipes travaillant sur la plus grande expérience américaine conçue pour détecter directement la matière noire ont franchi une étape importante le mois dernier, et se tournent maintenant vers le démarrage après avoir subi quelques retards dus aux précautions en cas de pandémie mondiale.
Le 21 septembre, les responsables du département américain de l'Énergie ont officiellement approuvé l'achèvement du projet pour LUX-ZEPLIN, ou LZ :une expérience ultrasensible qui utilisera 10 tonnes de xénon liquide pour rechercher des signaux d'interactions avec des particules théoriques de matière noire appelées WIMPs, ou des particules massives interagissant faiblement. L'étape d'achèvement du projet du DOE s'appelle Critical Decision 4, ou CD-4.
La matière noire représente environ 85 % de toute la matière de l'univers. Nous savons qu'il est là en raison de ses effets gravitationnels observés sur la matière normale, mais on ne sait pas encore ce que c'est. LZ est conçu pour détecter les deux éclairs de lumière qui se produisent si une WIMP interagit avec le noyau d'un atome de xénon.
"Nous terminons la mise en service du détecteur - la phase de test - et examinerons les données LZ l'année prochaine, " dit Simon Fiorucci, Responsable des opérations LZ et physicien au Lawrence Berkeley National Laboratory du DOE (Berkeley Lab), qui est l'institution chef de file de la collaboration LZ.
LZ est installé à près d'un mile sous terre à l'installation de recherche souterraine de Sanford (Laboratoire de Sanford) à Lead, Dakota du Sud. Sa profondeur offre une protection naturelle contre la pluie constante de rayons cosmiques à la surface de la Terre, qui sont une source de "bruit" de particules de fond qui pourraient noyer les signaux d'interaction WIMP que les scientifiques recherchent. LZ est également construit à partir de composants qui ont été sélectionnés individuellement et testés pour être faibles en rayonnement naturel, ce qui pourrait également compliquer la recherche.
Mike Headley, directeur exécutif du Sanford Lab, mentionné, « Toute l'équipe de Sanford Lab félicite la collaboration LZ d'avoir atteint cette étape majeure. L'équipe LZ a été un partenaire formidable et nous sommes fiers de les accueillir au Sanford Lab. Nous attendons avec impatience la collecte de données LZ l'année prochaine.
La réponse à la pandémie de COVID-19 a conduit Sanford Lab à réduire ses opérations à celles jugées essentielles le 25 mars, et le site a commencé une transition vers une augmentation des opérations le 6 mai. Berkeley Lab et d'autres institutions de la collaboration LZ avaient également réduit leurs opérations en réponse au coronavirus. Laboratoire de Sanford, et les travailleurs du projet LZ, eu la chance de pouvoir reprendre le travail rapidement, a noté Fiorucci.
le détecteur central de LZ, illustré ici lors de l'assemblage, est situé à l'intérieur d'un grand réservoir d'eau au niveau 4850 du laboratoire de Sanford, près d'un mile sous terre. LZ recherchera des particules de matière noire théoriques connues sous le nom de WIMPs. Crédit :Nick Hubbard/Laboratoire de Sanford
Il a noté que les activités de purification du xénon au laboratoire national des accélérateurs du SLAC avaient été temporairement retardées en raison des réductions liées au COVID-19. Le xénon purifié au SLAC sera expédié au laboratoire de Sanford et converti en xénon liquide pour l'expérience LZ.
"Nous avons fait des progrès décents malgré toutes ces complications, " a-t-il dit. " Nous avions réussi à maintenir une main-d'œuvre au Sanford Lab et au SLAC, et pour que les choses avancent au moins à 80 % de vitesse. En juin, nous étions de retour à vitesse nominale, et je suis revenu dans ce mode depuis."
Toutefois, Les risques liés au COVID-19 persistent, et Fiorucci a noté que les travailleurs continuent d'adhérer aux protocoles de sécurité pour réduire ces risques. Au cours de cette phase de mise en service, il y a environ 15-20 travailleurs LZ répartis en deux équipes à Sanford Lab, Fiorucci a dit, et il s'attend à ce que ce niveau de dotation se maintienne jusqu'à la fin de cette année.
Maintenant que le CD-4 est atteint, Fiorucci a déclaré que c'était excitant d'avoir la ligne d'arrivée en vue.
"Nous obtenons beaucoup moins d'ingénierie et beaucoup plus de science dans le mélange, " Il a dit. " C'est certainement excitant et passionnant. " Il a noté que les membres de la collaboration ont déjà occupé cette position :le prédécesseur de LZ, l'expérience LUX, a également été installé et exploité dans la même caverne de recherche souterraine à Sanford Lab.
Mais cette fois, c'est différent.
"Nous l'avons certainement déjà fait, mais jamais à cette échelle, " at-il dit. LUX a utilisé environ un tiers d'une tonne métrique de xénon liquide, tandis que LZ contiendra 10 tonnes métriques de xénon liquide et sera environ 100 fois plus sensible aux interactions entre les particules de matière noire.
"Nous entrons dans l'inconnu maintenant."
