Os pesquisadores examinam o detector de xenon LUX-ZEPLIN envolto em papel alumínio. Crédito:Matt Kapust
O principal componente do experimento LUX-ZEPLIN está pronto para ser selado e baixado quase 1,5 km no subsolo, onde procurará por matéria escura.
A matéria escura é uma forma misteriosa de matéria considerada responsável por cerca de 85% da massa do universo. Contudo, porque está previsto que ele interaja muito fracamente com a matéria comum, até agora não foi detectado.
LUX-ZEPLIN (LZ) será o experimento de matéria escura mais sensível já construído. Em 26 de julho, pesquisadores terminaram de montar sua peça central, a câmara de projeção de tempo de xenônio líquido (TPC), no Sanford Underground Research Facility em South Dakota, NÓS..
"Este detector de xenônio estará no centro do experimento de matéria escura LZ, disse o professor Henrique Araújo, do Departamento de Física do Imperial College London, que lidera os esforços de colaboração do LZ no Reino Unido e co-liderou o desenvolvimento do TPC com o professor Tom Shutt do SLAC National Accelerator Laboratory.
13, 500 horas de esforço
Para montar o TPC, 250 membros de 37 instituições de todo o mundo se reuniram para garantir a mecânica, óptico, elétrico, os requisitos radiológicos e de limpeza do projeto foram atendidos.
O detector de xenon LUX-ZEPLIN recentemente montado na sala limpa do Surface Assembly Lab no Sanford Underground Research Facility em 26 de julho de 2019. Crédito:Matt Kapust.
A fabricação das dezenas de milhares de componentes que compõem o TPC começou em 2015, e a montagem do instrumento teve início em dezembro de 2018. A etapa de integração envolveu 13, 500 horas de esforço - uma fração significativa das quais foi dedicada à manutenção das condições ultra-limpas exigidas no laboratório de montagem no nível da superfície.
Próximo, ele será inserido em seu recipiente criostato - uma câmara que mantém temperaturas frias - e baixado quase 1,5 km no subsolo em uma mina de ouro desativada, pronto para, com sorte, detectar a matéria escura. As operações estão planejadas para começar em meados de 2020.
"Temos algumas coisas em comum com um programa espacial, "disse o professor Araújo." Antes de lançar, você faz todo o seu trabalho no local por anos, aperfeiçoando a engenharia para que seu instrumento funcione de qualquer maneira. LZ é um pouco como um experimento espacial, apenas seguiu na direção oposta. Não podemos expô-lo ao ar subterrâneo - isso comprometeria seu desempenho. Depois de implantá-lo no subsolo, é isso. Tem que funcionar. "
Detectando WIMPs
Uma vez no subsolo, o detector será resfriado a -100 ° C e preenchido com dez toneladas de xenônio líquido. Como o xenônio é um elemento pesado, há uma chance maior de átomos de xenônio interagirem com partículas hipotéticas de matéria escura chamadas WIMPs - partículas massivas de interação fraca.
Os pesquisadores acreditam que se um WIMP interagir com um átomo de xenônio, ele produzirá dois flashes de luz. Um aparece prontamente, quando a partícula colide com um átomo de xenônio, que recua através do líquido. O segundo é gerado por elétrons sacudidos pela colisão, que são guiados para o topo do detector e acelerados através de uma camada de xenônio gasoso acima do líquido.
O detector é inspecionado sob luz ultravioleta. Crédito:Nicolas Angelides
Embora esses flashes sejam imperceptíveis ao olho humano, o detector é revestido com centenas de tubos fotomultiplicadores. Esses sensores ultrassensíveis podem amplificar um sinal até mesmo de um único fóton de luz.
Décadas de desenvolvimento
O projeto TPC empregado pela LZ foi aperfeiçoado ao longo de décadas de experimentação com detectores semelhantes que permitem aos pesquisadores determinar onde uma interação acontece, e se é provavelmente devido a uma interação de fundo no instrumento ou a um verdadeiro sinal de matéria escura. Entre eles estava o experimento ZEPLIN-III na mina Boulby em North Yorkshire, liderado pelo Imperial, e o experimento LUX liderado pelos EUA - que deu origem ao LZ.
Estar enterrado profundamente protege o experimento de muitas interações de fundo de processos prontamente detectados na superfície que poderiam obscurecer um sinal de matéria escura, como os raios cósmicos que banham a Terra do espaço sideral.
O professor Shutt disse:"O TPC é um sistema complexo e é uma grande conquista tê-lo totalmente montado. Nos leva um passo importante mais perto de sermos capazes de procurar por matéria escura.
"Também é gratificante porque envolveu a montagem de um grande número de subsistemas projetados e construídos por grupos nos Estados Unidos e no Reino Unido ao longo de vários anos. é uma espécie de união para a colaboração. "
