Неотдавна шведското издателство MDPI публикува статия за разработването на детектори за неутрино за мегапроекта DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) в Съединените щати. Въпреки, че екипът от учени включваше представители на няколко държави, руските изследователи от Московския институт по физика и технологии (МФТИ) имаха значителен принос за разработването на самите детектори.

Преди два месеца в САЩ приключиха изкопните работи за подземните лаборатории на DUNE. Ще минат още 4 до 7 години преди сензорите да бъдат инсталирани, но като цяло, ако се съди по статията, основата за производството на тези устройства вече е създадена. Учените от МФТИ имат богат опит в разработването на детектори на елементарни частици.

Неутриното и до днес си остава не напълно изучена частица. То взаимодейства слабо с материята, поради което е изключително трудно да бъде открито. Двете лаборатории DUNE ще бъдат оборудвани с огромни резервоари с течен аргон (до 17 000 тона), на чиито стени ще бъдат монтирани фотонни детектори. Тези детектори трябва да издържат на чести промени на температурата от криогенна до стайна и обратно, като същевременно остават изключително чувствителни.

„При разработката на детектора ArCLight, най-трудният етап за нас беше да изберем материали, така че детекторът да издържи на многократно охлаждане до температурата на течния аргон (~187 К) и нагряване до стайна температура. При ниски температури полимерните материали стават крехки и ако коефициентите на термично разширение не съвпадат, детекторът може да се разруши – да се напука.“

обясни Игор Кресло, водещ изследовател в Лабораторията за фундаментални взаимодействия на МФТИ

Задачата на фотонния детектор ArCLight е да регистрира сцинтилационната светлина, възникваща при взаимодействието на неутриното със средата на камерата за времево проектиране, в случая с течния аргон. Особеност на ArCLight е, че той може да бъде поставен на стените на аргоновата камера, тъй като не изкривява насочващото електрическо поле.

Физиците са разработили редица прототипи на фотодетектори с различни размери: от малки (5 × 5 cm) до необходимите 30 × 50 cm. Фотонната ефективност на устройствата варира от 0,8 до 2,2%. Колкото по-висока е ефективността, толкова по-слаби са енергиите на фотоните, които детекторът ще може да регистрира, което пряко влияе върху събирането на статистически значими данни. Колкото повече са регистрациите, толкова по-пълна е информацията за свойствата на неутриното.

Учените от МФТИ тестваха различни начини за нанасяне на работни слоеве върху сензорите и разработиха система за контрол на качеството на устройствата. За пълното покриване на стените на двата огромни резервоара ще са необходими огромен брой детектори, включително резервни модули. За тази цел вече е създадена необходимата основа.