Oamenii de știință construiesc tuneluri sub Dakota de Sud pentru un experiment care poate rezolva misterele universului. În urmă cu aproape șapte ani, echipele au început să transporte 800.000 de tone de rocă dintr-o fostă mină de aur de lângă Lead, Dakota de Sud. Cele trei caverne subterane rezultate au o lungime de 500 de metri și sunt aproape suficient de înalte pentru a susține o clădire cu șapte etaje. Estimat să coste cel puțin 3 miliarde de dolari, proiectul DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) este condus de oamenii de știință de la Fermilab din cadrul Departamentului de Energie al SUA, scrie news.yahoo.com.
În cele din urmă, fiecare cavernă va conține 17.500 de tone de argon lichid pentru a-i ajuta pe fizicienii de la Fermilab să detecteze particule evazive cunoscute sub numele de neutrini, cunoscute și sub numele de „particule fantomă”.
Neutrinii sunt particule subatomice care vă înconjoară și care trec direct prin voi, fără să fie observate. Soarele îi creează; supernovele îi produc; chiar și bananele produc neutrini.
„Dacă ții mâna în sus, sunt 10 miliarde de neutrini de la soare care trec prin mâna ta”, în fiecare secundă, a declarat pentru Business Insider fizicianul Mary Bishai și purtător de cuvânt al DUNE.
Neutrinii sunt supranumiți particule fantomă, deoarece nu au sarcină electrică și, prin urmare, interacționează rar cu tot ceea ce intră în contact.
Acest lucru îi face, de asemenea, extrem de dificil de studiat, însă oamenii de știință persistă totuși, deoarece neutrinii pot deține cheia pentru a dezvălui secretele universului, de la ce s-a întâmplat imediat după Big Bang până la observarea nașterii unei găuri negre.
Un fascicul de neutrino între Illinois și Dakota de Sud
Studierea unei particule care nu emite radiații și care este mai ușoară decât un electron este dificilă. „Interacțiunile neutrinilor sunt aproape niște ace în carul cu fân”, a declarat Bishai.
Iar oamenii de știință de la Fermilab vor să studieze neutrinii în detalii fără precedent, ca niciodată până acum, cu ajutorul DUNE.
Acesta este motivul pentru care DUNE va avea cei mai mari detectoare de neutrini de acest tip construite vreodată.
Odată finalizat, experimentul este conceput pentru a porni cu o serie de acceleratoare de particule la Fermilab, în afara orașului Chicago, Illinois.
Acceleratoarele vor lansa un fascicul extrem de puternic de neutrini, care va trece mai întâi printr-un detector de la Fermilab. Fasciculul va călători apoi în subteran pe o distanță de 800 de mile până la detectoarele de la South Dakota Sanford Underground Research Facility.
De-a lungul drumului, neutrinii vor face ceva oarecum ciudat. Există trei tipuri de neutrini, iar particulele pot trece de la unul la altul, fenomen cunoscut sub numele de oscilație. Un om de știință de la Fermilab a comparat acest fenomen cu o pisică de casă care se transformă în jaguar și apoi în tigru înainte de a reveni la forma inițială.
Urmărirea modului în care neutrinii se schimbă pe distanțe atât de mari între Illinois și Dakota de Sud îi va ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă mai bine aceste oscilații, oferindu-le o imagine mai completă decât cea oferită de actualul experiment NOvA al Fermilab, care se desfășoară pe o distanță de 500 de mile între Illinois și Minnesota.
Realizarea tuturor acestor operațiuni la 1,5 km sub pământ protejează particulele delicate și oscilante de razele cosmice energetice care cad pe suprafața Pământului în fiecare secundă și care ar putea interfera cu datele.
Rezolvarea misterelor universului
Oamenii de știință speră să răspundă la trei întrebări principale cu ajutorul DUNE: de ce universul este alcătuit din materie și nu din antimaterie, ce se întâmplă atunci când o stea se prăbușește și dacă protonii se descompun?
„Imediat după Big Bang, materia și antimateria au fost create într-o cantitate aproape egală”, a spus Bishai. Dar astăzi, din ceea ce pot spune oamenii de știință, universul este alcătuit aproape în întregime din materie.
„De ce am ajuns să avem un univers de materie și nu un univers de antimaterie?”, a adăugat ea.
Fascicululul DUNE este conceput pentru a crea atât neutrini, cât și antineutrini – versiunea antimaterie. Observarea oscilațiilor din fiecare tip ar putea ajuta oamenii de știință să-și dea seama ce s-a întâmplat cu toată antimateria.
Proiectul este, de asemenea, pregătit pentru fizica supernovelor, a declarat Bishai.
În 1987, astronomii au fost martorii unei supernove strălucitoare care a explodat mai aproape decât oricare alta în ultimii 400 de ani. Cu ajutorul detectoarelor existente la momentul respectiv, aceștia au reușit să detecteze doar câteva zeci de neutrini.
Există o șansă de 40% ca o altă stea din apropiere să explodeze în următorul deceniu, a declarat Bishai, iar Fermilab speră ca cel puțin unul dintre detectoarele sale din Dakota de Sud să fie funcțional la timp.
Un detector atât de mare ar putea capta mii de neutrini și ar putea oferi informații despre modul în care se formează atât găurile negre, cât și stelele neutronice.
În cele din urmă, oamenii de știință nu au observat încă descompunerea protonilor, dar teoria prevede că ar trebui să o facă. Protonii sunt particule mici, încărcate pozitiv, care fac parte din nucleul unui atom.
Observarea dezintegrării protonilor ar avea implicații pentru credința lui Albert Einstein că o singură teorie ar putea unifica toate forțele din natură.
În cazul în care protonii se descompun, ar dura aproximativ 10 miliarde, trilioane, trilioane de ani. Dar detectoarele de neutrini pot căuta diferite semnături ale dezintegrării protonilor, a spus Bishai. „Am avea o șansă de a le vedea, dacă aceste teorii mari unificate sunt corecte”.
Un proiect ambițios
În prezent, există mai multe proiecte privind neutrinii în întreaga lume, inclusiv la Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) și la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN).
Ceea ce face ca DUNE să fie unic este utilizarea argonului și distanța mare dintre detectoarele sale apropiate și îndepărtate.
Proiectul a avut unele eșecuri în ceea ce privește bugetul și calendarul, a relatat Scientific American în 2022. Ar trebui să aibă patru detectoare cu argon, dar va începe cu două.
Primul ar putea fi funcțional până la sfârșitul anului 2028, a declarat Bishai, iar cel de-al doilea detector va urma anul următor. Aceștia vor fi la locul lor în cazul în care explodează o supernovă, dar porțiunea cu fascicul nu va fi gata până în 2031.
Acestea fiind spuse, Bishai consideră că proiectul a realizat deja una dintre cele mai mari realizări ale sale, o colaborare între aproximativ 1.400 de persoane din 36 de țări. „Este o știință mare”, a spus ea.
