p P:Como você consegue um 5, 000 libras, Detector de partículas de 9 pés de altura, projetado para caçar matéria escura, quase uma milha abaixo da terra? p R:Com muito cuidado.

p Semana Anterior, equipes do Sanford Underground Research Facility (SURF) em South Dakota amarraram o componente central do LUX-ZEPLIN (LZ) - o maior experimento de detecção direta de matéria escura nos EUA - abaixo de um elevador e s-l-o-w-l-y o abaixou 4, 850 pés abaixo em um poço usado anteriormente em operações de mineração de ouro.

p Esta jornada final do detector central de LZ em 21 de outubro para seu local de descanso em uma caverna de pesquisa customizada exigiu um planejamento extensivo e envolveu dois movimentos de teste de um detector "fictício" para garantir sua entrega segura.

p "Este foi o movimento mais desafiador de um sistema de detector que já fiz em décadas de trabalho em experimentos, "disse Jeff Cherwinka, o engenheiro chefe LZ da Universidade de Wisconsin, que liderou o esforço de planejamento para a mudança junto com os engenheiros da SURF e outros apoios.

p Jake Davis, um engenheiro mecânico SURF que trabalhou no movimento do criostato, disse, "Entre o tamanho do dispositivo, os confins do espaço, e os vários grupos envolvidos na mudança, todo o processo exigia atenção rigorosa tanto ao projeto quanto à programação. Antes de montar o detector sob a gaiola, Fizemos testes com outros guindastes para ver como ele reagiria quando suspenso. Também concluímos a análise e os testes para garantir que permanecesse bem e direto no eixo. "

p Ele adicionou, "A viagem foi lenta, cerca de 30 metros por minuto. A viagem para o 4, O nível de 850 pés normalmente leva de 13 a 15 minutos. Hoje, demorou cerca de 45 minutos. Eu montei na gaiola, observando-o através de uma porta de inspeção no chão. Houve um grande suspiro de alívio após a mudança, mas ainda há muito trabalho pela frente para terminar LZ. "

p Theresa Fruth, um pesquisador de pós-doutorado na University College London que trabalha no detector central de LZ, disse que manter o LZ bem vedado de quaisquer contaminantes durante sua jornada era uma alta prioridade - mesmo os menores traços de poeira e sujeira poderiam afetar suas medições.

p "Do ponto de vista da ciência, queríamos que o detector descesse exatamente como estava na superfície, "disse ela." A integridade estrutural é extremamente importante, mas também é a limpeza, porque estamos construindo este detector há 10 meses em uma sala limpa. Antes da mudança, o detector foi ensacado duas vezes, então inserido na estrutura do transportador. Então, o transportador foi embrulhado com outra camada de plástico resistente. Também precisamos mover todo o nosso equipamento no subsolo para que possamos fazer o resto do trabalho de instalação no subsolo. "

p O detector central, conhecido como criostato LZ e câmara de projeção de tempo, será finalmente preenchido com 10 toneladas de xenônio líquido que será resfriado a menos 148 graus Fahrenheit. Os cientistas esperam ver sinais reveladores de partículas de matéria escura que são produzidas enquanto interagem com os átomos de xenônio pesados ​​neste criostato.

p A forma líquida do xenônio, um elemento muito raro, é tão densa que um pedaço de granito pode flutuar sobre sua superfície. É esta densidade, devido ao grande peso atômico do xenônio, isso o torna um bom candidato para capturar interações de partículas.

p O criostato é um tanque grande, montado de titânio ultrapuro, tem cerca de 5,5 pés de diâmetro. Ele contém sistemas com um total de 625 tubos fotomultiplicadores que são posicionados em sua parte superior e inferior (veja um artigo relacionado). Esses tubos são projetados para capturar flashes de luz produzidos nas interações de partículas.

p Pawel Majewski do Laboratório Rutherford Appleton no Reino Unido, quem liderou o design, fabricação, limpeza, e entrega do recipiente criostato interno de LZ para o Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido, disse, "Agora é extremamente gratificante vê-lo ... segurando o coração do experimento e descansando em seu lugar final no Campus Davis, uma milha abaixo da terra. "

p LZ é projetado para caçar partículas de matéria escura teorizadas chamadas WIMPs, ou partículas massivas de interação fraca. A matéria escura representa cerca de 27 por cento do universo, embora ainda não saibamos do que é feito e só o tenhamos detectado por meio de seus efeitos gravitacionais na matéria normal.

p É 100 vezes mais sensível do que o experimento anterior, chamado LUX, que operava no mesmo espaço subterrâneo. Colocar LZ no subsolo serve para protegê-lo de grande parte do bombardeio constante de partículas que estão presentes na superfície da Terra.

p O criostato do LZ será cercado por um tanque cheio de um líquido conhecido como cintilador que também será equipado com uma série de tubos fotomultiplicadores e é projetado para ajudar a eliminar sinais falsos de "ruído" de partículas indesejadas. E o criostato e o tanque cintilador serão embutidos em um grande tanque de água que fornece uma camada tampão adicional de sinais de partículas indesejadas.

p Embora o detector principal do LUX fosse pequeno o suficiente para caber no elevador SURF, O criostato de LZ se encaixa estreitamente no poço do elevador.

p Foi primeiro movido para fora de uma sala limpa no nível da superfície, pego com uma empilhadeira, e transportado para a posição abaixo da gaiola do elevador. Em seguida, foi preso na parte inferior da gaiola com eslingas e correias, onde foi lentamente movido para o nível da Caverna Davis, seu lugar de descanso final.

p Uma vez separado da gaiola do elevador, ele foi movido usando patins de ar em uma superfície montada temporariamente - semelhante a como um disco de hóquei de ar se move pela superfície da mesa. Por causa do tamanho do criostato, as equipes tiveram que primeiro remover temporariamente os dutos subterrâneos para permitir a mudança.

p Murdock "Gil" Gilchriese, Diretor de projeto LZ e físico do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), disse, "Próximo, o criostato será envolvido com várias camadas de isolamento, e alguns outros componentes externos serão instalados. "Berkeley Lab é a instituição líder para o projeto LZ.

p "Em seguida, ele será baixado para o recipiente criostato externo, "Ele acrescentou." Levará meses para conectar e verificar todos os cabos e fazer tudo à prova de vácuo. "A maior parte do trabalho de LZ agora está concentrado no subsolo, ele disse, com vários turnos de trabalho programados para concluir a montagem e instalação do LZ.

p Há planos para começar a testar o processo de liquefação do gás xenônio para LZ em novembro usando um criostato simulado, e para preencher o criostato real com xenônio na primavera de 2020. A conclusão do projeto pode ocorrer em julho de 2020, Gilchriese disse.