Эксперимент DUNE: завершено строительство пещер для изучения нейтрино

В США завершён важнейший этап строительства Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) — крупнейшего в мире эксперимента по изучению нейтрино. На глубине 1,5 километра в бывшем золотом руднике Хоумстейк в Южной Дакоте вырублены четыре гигантские пещеры, где разместятся детекторы частиц. Официальные

Завершение строительства подземных пещер для DUNE

Проект DUNE-LBNF (Long-Baseline Neutrino Facility) реализуется под руководством Министерства энергетики США при участии более 1000 учёных из 30 стран. Четыре пещеры, вырезанные в скальной породе, имеют длину около 150 метров и высоту 20 метров — этого достаточно, чтобы разместить в них 70 000 тонн жидкого аргона, который будет служить рабочей средой детекторов. Строительство велось с 2017 года, и на данный момент завершены все горные работы. Следующий этап — монтаж криогенного оборудования и самих детекторов.

Что такое нейтрино и зачем их изучать?

Нейтрино — одни из самых загадочных элементарных частиц. Они почти не взаимодействуют с материей, что делает их обнаружение крайне сложным. DUNE призван ответить на фундаментальные вопросы: почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, как взрываются сверхновые и есть ли у нейтрино масса. Эксперимент будет получать пучок нейтрино от ускорителя в Фермилабе (штат Иллинойс), который будет направлен через 1300 километров земной коры прямо к детекторам в Южной Дакоте. Это позволит изучать осцилляции нейтрино — их способность переходить из одного типа в другой.

Почему DUNE важен для науки?

DUNE станет самым мощным инструментом для изучения нейтрино. В отличие от предыдущих экспериментов, таких как Super-Kamiokande в Японии или IceCube в Антарктиде, DUNE сможет не только регистрировать нейтрино, но и детально анализировать их свойства благодаря высокой точности время-проекционной камеры на жидком аргоне. Ожидается, что данные помогут объяснить асимметрию материи и антиматерии — одну из главных загадок космологии.

Технические подробности проекта

Каждый из четырёх детекторов DUNE будет представлять собой модуль объёмом 17 000 тонн жидкого аргона, охлаждённого до -186 °C. При прохождении нейтрино через аргон происходит редкое взаимодействие, порождающее заряженные частицы, которые оставляют треки в детекторе. Специальные фотосенсоры и сетки электродов регистрируют эти события с точностью до миллиметра. Пучок нейтрино в Фермилабе будет создаваться с помощью протонного ускорителя мощностью 1,2 МВт, который планируется модернизировать до 2,4 МВт к моменту запуска DUNE. Стоимость проекта оценивается в 3–5 миллиардов долларов, финансирование поступает от правительства США и международных партнёров.

Как DUNE повлияет на науку и технологии?

Для научного сообщества DUNE откроет новую эру в физике частиц. Российские учёные из Института ядерных исследований РАН и Объединённого института ядерных исследований в Дубне также участвуют в проекте, разрабатывая компоненты детекторов. Для студентов и аспирантов это уникальная возможность получить данные, которые будут обрабатываться десятилетиями. Для налогоплательщиков США проект означает инвестиции в фундаментальную науку, которые могут привести к технологическим прорывам, как это уже было с ЦЕРН и Интернетом.

Что будет дальше

В ближайшие годы предстоит установка криогенного оборудования и детекторных модулей. Первые тестовые запуски запланированы на 2028 год, а полномасштабная работа — на 2031-й. Параллельно в Фермилабе ведётся модернизация ускорителя. Если всё пойдёт по плану, DUNE станет главным экспериментом десятилетия в физике нейтрино, а его данные будут анализироваться до 2040-х годов.

Итог

Завершение строительства пещер для DUNE — это не просто инженерное достижение, а шаг к пониманию фундаментальных законов Вселенной. Когда эксперимент заработает, он может переписать учебники физики. Следить за его прогрессом стоит всем, кто интересуется наукой и тем, как устроен наш мир.