Forskare har ett nytt fönster i sökandet efter mörk materia-ett akrylkärl som har en grupp 12 fot långa transparenta tankar med 1 tum tjocka väggar.

Tankarna, som kommer att omge en central detektor för ett nästan mildjupt experiment under uppbyggnad i South Dakota som heter LUX-ZEPLIN (LZ), kommer att fyllas med vätska som producerar små ljusglimtar i vissa partikelinteraktioner.

Forskare kommer att spåra dessa ljusglimtar med ett datainsamlingssystem och rekonstruera sina troliga källor. Förutom att hålla i vätskescintillatorn, tankarna kommer också att fungera som en sköld för vissa oönskade "buller" av partiklar som kan störa andra, eftertraktade signaler, och som vetosystem - en slags lögndetektor som kan hjälpa forskare att reda ut falska upptäckter av mörk materia från en verklig upptäckt.

Mörk materia, som utgör uppskattningsvis 85 procent av all materia i universum, har aldrig setts direkt, även om forskare upptäcker dess närvaro genom gravitationseffekter. Stjärnorna i spiralgalaxer, till exempel, har observerats förflytta sig i mitten i ungefär samma takt även på mycket olika avstånd, som berättar för forskare att det finns något annat i spel som orsakar denna oväntade effekt.

Även om vi inte vet vad mörk materia består av, LZ -experimentet är utformat för att jaga efter en av de främsta misstänkta - en teoretiserad partikel som kallas en WIMP, eller svagt interagerande massiv partikel.

Ett internationellt samarbete, med omkring 250 forskare, ingenjörer, och tekniker från 38 institutioner, arbetar med LZ. US Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) övervakar konstruktion och installation av LZ. LZ -experimentet förväntas börja ta data under 2020.

LZs akryltankar var utformade i segment för att passa ner i hissaxeln vid Sanford Underground Research Facility (SURF), en tidigare guldgruva i bly, South Dakota. LZ kommer att inta en nyrenoverad grotta vid SURF som tidigare var hem till sin mindre föregångare, LUX -experimentet (Large Underground Xenon).

LZ är utformad för att vara minst 100 gånger känsligare för möjliga partikelsignaler från mörk materia än LUX. Vetosystemet som bildas av akryltankarna och en relaterad sekvens av ljusavkännande detektorer kommer att förbättra LZ:s förmåga att utesluta icke-mörka materiesignaler.

LZ:s fyra största akryltankar, som är specialdesignade och konturerade, mäter 12,3 fot lång, 7,5 fot bred, och 3,4 fot tjock, och väger 1, 500 pund styck. Två anlände till SURF tidigare denna månad, och de andra två kommer att levereras inom nästa månad. Sex mindre tankar - tre som kommer att sitta ovanpå huvuddetektorn och tre som kommer att ligga under den - kommer i slutet av året.

"Det ser ut som en gigantisk ljussabel skuren i fjärdedelar från toppen, "sa Harry Nelson, en fysikprofessor vid UC Santa Barbara som övervakar akryltankarnas ansträngningar för LZ. Nelson jämför tankarna med ett av mytiska ljussvärd som finns i science fiction-filmerna "Star Wars". UC Santa Barbara har fungerat som teknisk ledare för tankarna, övervakar deras design, kommersiell tillverkning, testning, och transport.

Forskare utformade en speciell ram för att stödja och skydda tankarna som gör det möjligt för arbetare att manövrera tankarna genom komplexet av tunnlar till deras viloplats. En speciell rigg som är fäst vid denna ram kommer att användas för att hänga upp var och en av de stora tankkomponenterna under hissen vid SURF för deras resa under jorden. "Varje segment kommer att hängas som en semesterprydnad från hissens botten, "Sa Nelson.

Simon Fiorucci, en fysiker från Berkeley Lab som övervakar LZ -operationer på SURF, sa, "Detta är den första förekomsten av en betydande LZ -detektorutrustning i det underjordiska laboratoriet. Det är en viktig milstolpe för projektet, och det lovar mycket bra för det hektiska året som väntar oss. "

Andra fysikförsök har också använt akryl för att hålla tankar, Nelson noterade, inklusive Sudbury Neutrino Observatory:s 12-fots sfäriska fartyg i Ontario, Kanada.

Totalt, de 10 tankarna som omger den cylindriska centrala detektorn vid LZ kommer att rymma cirka 17 ton flytande scintillator känd som linjär alkylbensen, som är vanligare som ingrediens i tvättmedel och andra rengöringsprodukter. Den centrala cylindriska detektorn är byggd med titan med mycket hög renhet och kommer att innehålla 10 ton ultrarent flytande xenon, ett sällsynt element vars atomer kan avge ljusutbrott i partikelinteraktioner.

"De senaste sökningarna i mörk materia har funnit att neutroner kan vara en skadlig bakgrund, med förmågan att efterlikna en mörk materiesignal, "sa Carter Hall, LZ -talesman och fysikprofessor vid University of Maryland. Neutroner är partiklar utan laddning som finns i atomkärnor. "Akryltankarna och deras vätskescintillatorns nyttolast kommer att ge en kraftfull neutronavstötningssignal så att LZ inte luras."

Som lager av en lök, akryltankarna passar tätt runt den centrala LZ -detektorn och kommer själva att omges av en stor tank som rymmer cirka 60, 000 gallon (230 ton) ultrarent vatten.

"Allt måste passa ihop inom en kvarts tumtolerans, "sa Sally Shaw, en postdoktor vid UC Santa Barbara som har arbetat för att tankarna ska uppfylla de strikta kraven i LZ -experimentet.

Tankarna rengjordes var och en från insidan och ut innan de skickades till SURF -webbplatsen, noterade hon.

"All radioaktivitet inuti tankarna kommer att skapa ljus, "sa hon." Det finns ett förfarande som innebär att man torkar dem med lösningsmedel. Sedan använder vi avjoniserat vatten och speciellt rengöringspulver, med någon som ligger ner i tankarna. Det innebär mycket sköljning, och testa renheten av det sköljda vattnet. Det är ett stort jobb. "

UC Santa Barbara -forskare arbetade nära med tankens tillverkare, Reynolds Polymer Technology i Grand Junction, Colo., att designa och konstruera de robusta ramarna som används för att skydda tankarna under transport. Ramarna var målade rosa, Shaws favoritfärg, som ett erkännande av hennes många bidrag till projektet.

LZ -forskare inledde många resor till platsen för tankarnas tillverkningsplats för att övervaka processen i olika skeden.

Efter att alla tankar har sänkts till forskningsgrottan och i den tomma vattentanken där LZ kommer att installeras, de kommer att förbli i skyddande förpackning fram till de sista stadierna av montering i slutet av 2019.