Eksperyment DUNE pomoże rozwiązać zagadki Wszechświata?

Polskie uczelnie mają swój wkład w niezwykły międzynarodowy projekt. Uczestniczą w nim inżynierowie i naukowcy z 26 krajów świata. Żeby zrozumieć sens eksperymentu DUNE, potrzebna jest wiedza, czym są neutrina i dlaczego badacze zdecydowali się na czasochłonne i kosztowne działania. Drążenie podziemnych jaskiń o powierzchni ośmiu boisk do piłki nożnej, ma pomóc w rozwiązaniu zagadek Wszechświata. Jak?

Spis treści:

Czym są neutrina i dlaczego naukowcy chcą je poznać?
Eksperyment DUNE

Czym są neutrina i dlaczego naukowcy chcą je poznać?

Fizyka neutrin nie narodziła się wczoraj. Hipoteza dotycząca ich istnienia pojawiła się już w 1930 roku i jest związana ze słynnym fizykiem teoretykiem Wolfgangiem Paulim. Co ciekawe nie opisał jej w artykule naukowym, a w liście. Nie miał dowodów na swoją teorię. Dopiero w latach 50. XX w. Frederick Reines i Clyde Cowan przeprowadzili doświadczenie, które potwierdziło istnienie neutrin.

Jak można przeczytać na stronie internetowej Zakładu Fizyki Neutrin Uniwersytetu Wrocławskiego:

– Neutrina są cząstkami neutralnymi, oznacza to, że nie są obdarzone ładunkiem elektrycznym. Są cząstkami niezmiernie lekkimi.

Wszechświat jest wypełniony neutrinami. Prawie nie oddziałują z materią. Słońce i Ziemia są dla nich praktycznie przezroczyste. Odkrycia związane z fizyką neutrin zaowocowały wieloma Nagrodami Nobla, ale te cząstki nadal stanowią zagadkę dla fizyków.

Przeczytaj również: Szukasz darmowych odpowiedzi z wyjaśnieniami do podręczników z fizyki? Poznaj nowy serwis edukacyjny!

Eksperyment DUNE

Deep Underground Neutrino Experiment – w skrócie DUNE – to międzynarodowy eksperyment. Pracuje przy nim ponad 1400 naukowców i inżynierów z ponad 200 instytucji w 36 krajach. Niezwykły projekt ma poszerzyć wiedzę o neutrinach i pomóc w rozwiązaniu niektórych zagadek Wszechświata. Czy neutrina mogą być przyczyną tego, że Wszechświat składa się z materii, a nie z antymaterii?

Detektory neutrin zostaną umieszczone w dwóch lokalizacjach. Dzieli je odległość 1300 km. Pierwsze miejsce, gdzie będą rejestrowane interakcje cząstek, znajduje się w pobliżu źródła najbardziej intensywnej wiązki na świecie, niedaleko Chicago – w laboratorium Fermilab. To tam umieszczono PIP-II, czyli akcelerator, który ma wytwarzać wiązki protonowe o mocy jednego megawata. Trzy polskie uczelnie miały duży wkład w realizacji tego projektu – Politechnika Wrocławska, Politechnika Warszawska oraz Politechnika Łódzka.

Drugie miejsce, gdzie zostaną umieszczone detektory, znajdzie się w Dakocie Południowej. Sanford Underground Research Laboratory w Lead, jak wskazuje nazwa, zaplanowano, jako podziemne laboratorium badawcze. Aby mogło powstać, konieczne było wydobycie 800 tys. ton skał.

Kilka dni temu zakończyły się wykopaliska w trzech jaskiniach, w których zostaną umieszczone gigantyczne detektory cząstek. Ośrodek badawczy pod powierzchnią ziemi będzie zajmował obszar ośmiu boisk do piłki nożnej. Każdy z czterech detektorów neutrin ma wielkość siedmiopiętrowego budynku.

W laboratorium Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN trwają testy technologii leżących u podstaw detektorów. Naukowcy z DUNE czekają na rozpoczęcie instalacji i rozpoczęcie pracy. Jeśli wszystko przebiegnie zgodnie z planem, to pierwszy detektor zostanie uruchomiony przed końcem 2028 roku.