p O maior empreendimento colaborativo até então para explorar a luz relíquia emitida pelo universo infantil deu um passo à frente com a escolha do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley pelo Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) para liderar a parceria dos laboratórios nacionais, universidades, e outras instituições que se unem no esforço de cumprir as funções e responsabilidades do DOE. Este experimento de próxima geração, conhecido como CMB-S4, ou Estágio 4 de Fundo Cósmico de Microondas, está sendo planejado para se tornar um projeto conjunto do DOE e da National Science Foundation. p CMB-S4 irá unir várias colaborações existentes para pesquisar o céu de microondas em detalhes sem precedentes com 500, 000 detectores ultrassensíveis por sete anos. Esses detectores serão colocados em 21 telescópios em dois dos principais locais do nosso planeta para a visualização do espaço profundo:o Pólo Sul e o alto deserto do Chile. O projeto pretende desvendar muitos segredos da cosmologia, física fundamental, astrofísica, e astronomia.

p Combinando uma mistura de telescópios grandes e pequenos em ambos os locais, O CMB-S4 será o primeiro experimento a acessar todo o escopo da ciência CMB baseada em solo. Ele medirá variações mínimas de temperatura e polarização, ou direcionalidade, de luz de micro-ondas na maior parte do céu, para sondar ondulações no espaço-tempo associadas a uma rápida expansão no início do universo, conhecido como inflação.

p O CMB-S4 também ajudará a medir a massa do neutrino; mapear o crescimento da matéria aglomerada ao longo do tempo no universo; lançar uma nova luz sobre a misteriosa matéria escura, que constitui a maior parte da matéria do universo, mas ainda não foi observada diretamente, e energia escura, que está impulsionando uma expansão acelerada do universo; e ajuda na detecção e estudo de fenômenos espaciais poderosos, como rajadas de raios gama e blazars emissores de jato.

p Em 1 de setembro, O Diretor de Ciência do DOE, Chris Fall, autorizou a seleção do Berkeley Lab como o laboratório líder para as funções e responsabilidades do DOE no CMB-S4, com o Argonne National Laboratory, Fermi National Accelerator Laboratory, e SLAC National Accelerator Laboratory servindo como laboratórios parceiros. A colaboração CMB-S4 agora conta com 236 membros em 93 instituições em 14 países e 21 estados dos EUA.

p O projeto ultrapassou seu primeiro marco DOE, conhecido como decisão crítica 0 ou CD-0, em 26 de julho, 2019. Foi endossado pelo relatório de 2014 do Painel de Priorização de Projetos de Física de Partículas (conhecido como P5), que ajuda a definir a direção futura da pesquisa relacionada à física de partículas. O projeto também foi recomendado na National Academy of Sciences Strategic Vision for Antárctic Science em 2015, e pelo Comitê Consultivo de Astronomia e Astrofísica em 2017.

p O CMB-S4 também ajudará a medir a massa do neutrino; mapear o crescimento da matéria aglomerada ao longo do tempo no universo; lançar uma nova luz sobre a misteriosa matéria escura, que constitui a maior parte da matéria do universo, mas ainda não foi observada diretamente, e energia escura, que está impulsionando uma expansão acelerada do universo; e ajuda na detecção e estudo de fenômenos espaciais poderosos, como rajadas de raios gama e blazars emissores de jato.

p Em 1 de setembro, O Diretor de Ciência do DOE, Chris Fall, autorizou a seleção do Berkeley Lab como o laboratório líder para as funções e responsabilidades do DOE no CMB-S4, com o Argonne National Laboratory, Fermi National Accelerator Laboratory, e SLAC National Accelerator Laboratory servindo como laboratórios parceiros. A colaboração CMB-S4 agora conta com 236 membros em 93 instituições em 14 países e 21 estados dos EUA.

p O projeto ultrapassou seu primeiro marco DOE, conhecido como decisão crítica 0 ou CD-0, em 26 de julho, 2019. Foi endossado pelo relatório de 2014 do Painel de Priorização de Projetos de Física de Partículas (conhecido como P5), que ajuda a definir a direção futura da pesquisa relacionada à física de partículas. O projeto também foi recomendado na National Academy of Sciences Strategic Vision for Antárctic Science em 2015, e pelo Comitê Consultivo de Astronomia e Astrofísica em 2017.

p O NSF foi fundamental para o desenvolvimento do CMB-S4, que se baseia no programa existente da NSF de liderança universitária, experimentos de CMB baseados em solo. Quatro desses experimentos - o Atacama Cosmology Telescope e o POLARBEAR / Simons Array no Chile, e o Telescópio do Pólo Sul e BICEP / Keck no Pólo Sul - ajudaram a iniciar o CMB-S4 em 2013, e o design do CMB-S4 depende fortemente de tecnologias desenvolvidas e implantadas por essas equipes e outras. A NSF também está ajudando a planejar seu possível papel futuro com uma bolsa concedida à Universidade de Chicago.

p A colaboração CMB-S4 foi estabelecida em 2018, e seus atuais co-porta-vozes são Julian Borrill, chefe do Centro de Cosmologia Computacional do Laboratório de Berkeley e pesquisador do Laboratório de Ciências Espaciais da UC Berkeley, e John Carlstrom, um professor de física, astronomia, e astrofísica na Universidade de Chicago e cientista no Laboratório Argonne.

p CMB-S4 baseia-se em décadas de experiência com base terrestre, satélite, e experimentos baseados em balões.

p O que é único no CMB-S4 não é a tecnologia em si - a tecnologia do detector já foi comprovada em experimentos anteriores, por exemplo, mas a escala em que a tecnologia será implantada, incluindo o grande número de detectores, escala dos sistemas de leitura do detector, número de telescópios, e volume de dados a serem processados.

p CMB-S4, que excederá as capacidades das gerações anteriores de experimentos em mais de 10 vezes, terá o poder de visão combinado de três grandes telescópios e 18 pequenos telescópios. O principal desafio tecnológico do CMB-S4 está em sua escala. Embora as gerações anteriores de instrumentos tenham usado dezenas de milhares de detectores, todo o projeto CMB-S4 exigirá meio milhão.

p Os desafios de gerenciamento de dados serão substanciais, também, já que essas enormes matrizes de detectores irão produzir 1, 000 vezes mais dados do que a geração anterior de experimentos. Um dos principais focos de hardware para o projeto será a construção de novos telescópios e a fabricação em massa dos detectores. O design do detector atual, adaptado de experimentos atuais, contará com mais de 500 wafers de silício, cada um contendo 1, 000 detectores supercondutores.

p O CMB-S4 planeja recorrer a recursos de computação no Argonne Leadership Computing Facility (ALCF) e no Centro Nacional de Computação Científica de Pesquisa Energética (NERSC) do Berkeley Lab, e para se inscrever no Open Science Grid e no eXtreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) da NSF.

p O projeto espera implantar seu primeiro telescópio em 2027, estar totalmente operacional em todos os telescópios dentro de alguns anos, e até 2035.

p As próximas etapas incluem a preparação de um escritório de projetos no Berkeley Lab, se preparando para o próximo marco DOE, conhecido como Decisão Crítica 1, trabalhando para se tornar um projeto NSF, e trabalhar em toda a comunidade para trazer os melhores conhecimentos e capacidades.