La collaboration DUNE prête à accélérer la production de masse du premier module de détection

30 mars 2023 | Diana Kwon

Les préparatifs pour la construction du premier module détecteur de l’expérience Deep Underground Neutrino progressent rapidement. Les membres de la collaboration internationale DUNE ont commencé les tests finaux des composants du détecteur qui seront expédiés au Dakota du Sud. Là, ils feront partie d’une expérience unique en son genre conçue pour étudier certaines des particules les plus insaisissables de l’univers : les neutrinos.

DUNE est une expérience visant à explorer la nature des neutrinos. Les scientifiques espèrent que la découverte des secrets de ces particules permettra de faire la lumière sur certains des plus grands mystères de la physique, tels que la raison pour laquelle l'univers est constitué de matière et comment les étoiles à neutrons et les trous noirs se forment à la suite de l'explosion d'étoiles.

DUNE, hébergé par le Fermi National Accelerator Laboratory du ministère américain de l'Énergie, sera hébergé sur deux sites : le site Fermilab dans l'Illinois et le centre de recherche souterrain de Sanford dans le Dakota du Sud. Le détecteur lointain, une énorme structure censée comprendre à terme quatre modules, sera situé à 1,5 kilomètre sous terre à SURF. Chaque module sera une chambre de projection temporelle à argon liquide, ou LArTPC, conçue pour être remplie de 17 000 tonnes d'argon, un élément couramment trouvé dans l'air et idéal pour étudier les neutrinos.

La construction de plans filaires, appelés assemblages de plans anodiques, est en cours au laboratoire de Daresbury au Royaume-Uni. Le laboratoire expédiera 136 APA au Dakota du Sud pour l'expérience sur les neutrinos souterrains profonds. Photo : Collaboration DUNE

Le premier module détecteur DUNE construit à SURF utilisera la technologie de dérive horizontale. Lorsque les neutrinos entrent en collision avec les atomes d'argon à l'intérieur du module, ils produisent des particules chargées. Ces particules chargées éliminent les électrons lorsqu'ils traversent l'argon. Les électrons sont attirés par un champ électrique puissant vers des assemblages de plans anodiques, ou APA, qui enregistrent une projection de l'endroit où les électrons ont été produits. En mesurant le moment où les électrons frappent les APA, les scientifiques sont capables de reconstruire les traces de particules en trois dimensions.

Une fois terminé, le premier module de détection contiendra 150 APA, chacun étant un grand plan rectangulaire mesurant environ 2,3 mètres sur 6 mètres et composé de fils de cuivre-béryllium étroitement enroulés. "Nous allons effectivement enduire un mur d'une grille de fils", a déclaré Justin Evans, professeur de physique à l'Université de Manchester. Il dirige les efforts visant à créer des APA au Royaume-Uni.

La technologie du premier module a été testée avec succès dans une version réduite appelée ProtoDUNE sur la plateforme neutrino du CERN en 2019. Même s'il ne représentait qu'un vingtième de la taille du module de détection DUNE final, il s'agissait toujours du plus grand LArTPC jamais construit. et exploité.

"C'était la première fois que nous, au Royaume-Uni, construisions un de ces réseaux électriques et en récupérions des données", a déclaré Evans. "Et ils ont travaillé à merveille."

En plus de prouver que la technologie des détecteurs fonctionnerait, le prototype de dérive horizontale a révélé où des améliorations de conception pouvaient être apportées. C'est dans cette optique que les scientifiques ont conçu ProtoDUNE II, un prototype amélioré qui sera testé au CERN cette année.

« Avec un prototype, on tire toujours des leçons », a déclaré Thomas Wieber, chef de l'équipe d'installation au CERN. « Nous voulons prouver que ce que nous pensons fonctionnera mieux fonctionne réellement mieux. »

Les scientifiques de DUNE travaillent également au développement de la technologie d'un détecteur à dérive verticale, qui est la technologie prévue pour le deuxième module de détection lointain. Les préparatifs pour tester la nouvelle technologie dans un prototype de détecteur distinct, connu sous le nom de module à dérive verticale-0, sont également en cours au CERN.

Tester tous les aspects de l’assemblage du module de dérive horizontale implique également de s’assurer que tous les composants du détecteur, qui proviennent des collaborateurs de DUNE du monde entier, arriveront en toute sécurité. Pour garantir le bon déroulement de ce processus, ProtoDUNE II a également servi de banc d'essai pour le processus d'installation. Les groupes impliqués dans la fabrication des composants du détecteur ont rassemblé toutes leurs pièces de test au CERN pour assembler et tester le prototype.