A maioria dos componentes restantes necessários para montar totalmente um experimento subterrâneo de pesquisa de matéria escura chamado LUX-ZEPLIN (LZ) chegou à casa do projeto em Dakota do Sul durante uma enxurrada de entregas em junho.

Quando terminar, LZ será o maior, experimento baseado nos EUA mais sensível ainda que é projetado para detectar diretamente partículas de matéria escura. Cientistas de todo o mundo vêm tentando há décadas resolver o mistério da matéria escura, que constitui cerca de 85 por cento de toda a matéria no universo, embora até agora só tenhamos detectado indiretamente por meio de efeitos gravitacionais observados.

A maior parte dos componentes digitais para o sistema eletrônico da LZ, que é projetado para transmitir e registrar sinais de interações de partículas sempre leves no reservatório detector de núcleo de LZ, estavam entre os recém-chegados ao Sanford Underground Research Facility (SURF). SURF, o local de uma antiga mina de ouro agora dedicada a um amplo espectro de pesquisas científicas, também foi o lar de um experimento de pesquisa predecessor chamado LUX.

Um conjunto final de vasos de acrílico perfeitamente ajustados, que será preenchido com um líquido especial projetado para identificar falsos sinais de matéria escura no detector interno de LZ, também chegou ao SURF em junho.

Também, as duas últimas das quatro grades de fios intrincadamente tecidos que são essenciais para manter um campo elétrico constante e extrair sinais do detector interno do experimento, também chamada de câmara de projeção do tempo, chegou em junho (ver artigo relacionado).

"A LZ alcançou marcos importantes em junho. Foi o mês mais movimentado para entregar coisas à SURF - foi o pico, "disse o Diretor do Projeto LZ Murdock Gilchriese do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab). O Berkeley Lab é a instituição líder para o projeto LZ, que é apoiado por uma colaboração internacional que conta com cerca de 37 instituições participantes e cerca de 250 pesquisadores e tripulantes de apoio técnico.

"Daqui a alguns meses, toda a ação do LZ estará no SURF - já estamos perto de ter tudo lá, "Gilchriese disse.

Mike Headley, diretor executivo da SURF, disse, "Estamos nos preparando coletivamente para essas entregas há algum tempo e tudo correu muito bem. Foi emocionante ver o andamento do trabalho de montagem do experimento e estamos ansiosos para baixar o detector montado uma milha abaixo do solo para instalação."

Todos esses componentes serão transportados por um poço e instalados em uma caverna de pesquisa com quase um quilômetro de profundidade. A rocha acima fornece um escudo natural contra grande parte do bombardeio constante de partículas chovendo na superfície do planeta que produzem "ruído" indesejado.

Os componentes LZ também foram cuidadosamente testados e selecionados para garantir que os materiais de que são feitos não interfiram nos sinais de partículas que os pesquisadores estão tentando descobrir.

LZ está particularmente focado em encontrar um tipo de partícula teórica chamada de partícula massiva de interação fraca ou WIMP, disparando uma sequência única de sinais elétricos e de luz em um tanque cheio com 10 toneladas métricas de xenônio líquido altamente purificado, que está entre os elementos mais raros da Terra. As propriedades dos átomos de xenônio permitem que eles produzam luz em certas interações de partículas.

A prova de partículas de matéria escura mudaria fundamentalmente nossa compreensão da composição do universo, como nosso atual Modelo Padrão de Física não leva em conta sua existência.

A montagem da câmara de projeção de tempo de xenônio líquido para LZ está agora cerca de 80 por cento concluída, Gilchriese disse. Quando totalmente montado no final deste mês, esse detector interno conterá cerca de 500 tubos fotomultiplicadores. Os tubos são projetados para amplificar e transmitir os sinais produzidos dentro da câmara.

Uma vez montado, a câmara de projeção de tempo será abaixada com cuidado em um recipiente personalizado de titânio já na SURF. Antes de ser preenchido com xenônio, esta câmara será reduzida a uma profundidade de cerca de 4, 850 pés. Será transportado em uma estrutura especialmente projetada para minimizar as vibrações, e então flutuou para a caverna experimental através de uma pista de metal temporariamente montada em discos com bombeamento de ar conhecidos como patins de ar.

Finalmente, será baixado para um recipiente externo maior de titânio, já no subsolo, para formar o criostato final isolado a vácuo necessário para abrigar o xenônio líquido.

Essa jornada de um dia inteiro, planejado em setembro, será uma experiência de roer as unhas para toda a equipe do projeto, observou Simon Fiorucci do Berkeley Lab, Gerente de projeto adjunto do LZ.

"Certamente será o mais estressante - isso é o que realmente não pode falhar. Assim que terminarmos com isso, muito do nosso risco desaparece e muito do nosso planejamento se torna mais fácil, " ele disse, adicionando, "Este será o maior marco que resta, além de ter xenônio líquido no detector."

As equipes do projeto logo começarão a testar o sistema de circulação de xenônio, já instalado no subsolo, que irá circular continuamente o xenônio através do detector interno, purificá-lo ainda mais, e reliquificá-lo. Fiorucci disse que os pesquisadores usarão cerca de 250 libras de xenônio para esses primeiros testes.

O trabalho também está quase concluído no sistema de resfriamento criogênico da LZ, necessário para converter o gás xenônio em sua forma líquida.

Eletrônica digital LZ, que acabará por se conectar às matrizes de tubos fotomultiplicadores e permitir a leitura de sinais de interações de partículas, foram projetados, desenvolvido, entregue, e instalado por pesquisadores e equipe técnica da University of Rochester no SURF em junho.

"Todos os nossos eletrônicos foram projetados especificamente para LZ com o objetivo de maximizar nossa sensibilidade para os menores sinais possíveis, "disse Frank Wolfs, um professor de física e astronomia da Universidade de Rochester que está supervisionando os esforços da universidade.

Ele observou que mais de 28 milhas de cabo coaxial conectarão os tubos fotomultiplicadores e sua eletrônica de amplificação - que estão sendo testados na UC Davis - para a eletrônica de digitalização. "A instalação bem-sucedida da eletrônica digital e da rede online e infraestrutura de computação em junho nos deixa ansiosos para ver os primeiros sinais surgirem do LZ, "Wolfs acrescentou.

Também em junho, Os participantes do LZ exercitaram conexões de dados de alta velocidade do local do experimento ao nível da superfície no SURF e, em seguida, ao Laboratório de Berkeley. Os dados capturados pela eletrônica dos detectores serão, em última análise, transferidos para o data center primário de LZ, o Centro de Computação Científica de Pesquisa Energética Nacional (NERSC) no Laboratório de Berkeley por meio da Rede de Ciências da Energia (ESnet), uma rede de dados nacional de alta velocidade baseada no Berkeley Lab.

A produção dos tanques de acrílico personalizados (ver artigo relacionado), que irá conter um fluido conhecido como cintilador líquido, foi supervisionado pelos participantes do LZ na Universidade da Califórnia, Santa Barbara.

"Os últimos cinco tanques, entregue em junho, foram fabricados usando um novo processo de moldagem de acrílico para caber em torno do recipiente do criostato, "disse Harry Nelson, professor de física na UC Santa Barbara.

"A parceria entre a LZ e a SURF é tremenda, conforme evidenciado pelo sucesso do trabalho de montagem até o momento, "Headley disse." Estamos orgulhosos de fazer parte da equipe LZ e hospedar este experimento líder mundial em Dakota do Sul. "