Forskare som arbetar på CERN har påbörjat tester av en ny prototyp av neutrindetektorer, använder en mycket lovande teknik som kallas "tvåfas". Om det lyckas, denna nya teknik kommer att användas i en mycket större skala för det internationella Deep Underground Neutrino Experiment, värd av US Department of Energy's Fermilab.

Forskare började driva tvåfas-prototypdetektorn vid CERN i slutet av augusti och har observerat första spår. Fylld med 800 ton argon, detektorn är ungefär lika stor som ett hus i tre våningar.

Den nya tekniken skulle användas utöver så kallade enfasdetektorer som har fungerat framgångsrikt under många år. Men den nya tvåfasstekniken kan förändra spelet, eftersom det signifikant skulle förstärka de svaga signalerna som partiklar skapar när de rör sig genom detektorn.

"Enfasstekniken är en beprövad metod som kommer att användas för att bygga den första modulen för DUNE-detektorn, "sade DUNE-med talesman Ed Blucher från University of Chicago." Den här nya tvåfasstekniken ger en andra metod som har stor potential att öka DUNE-detektorns kapacitet. "

I ett enfasförsök, partikeldetektorn fylls helt med flytande argon. Trådplan och fotosensorer nedsänkta i det flytande argonet registrerar de svaga signalerna som orsakas när en neutrino slår in i en argonatom. DUNE-samarbetet började framgångsrikt driva en stor enfas-prototypdetektor på CERN i september 2018.

Forskare och ingenjörer har nu använt i stor skala en tvåfassteknik som använder flytande argon som målmaterial och ett lager av gasformigt argon ovanför vätskan för att förstärka svaga partikelsignaler innan de når sensorer som ligger högst upp i detektorn, inuti argongasen. Jämfört med enfasstekniken, denna inställning kan ge starkare signaler, vilket gör att de sticker ut från bakgrundsbrus. Det skulle således göra det möjligt för forskare att leta efter neutrino-interaktioner med lägre energi.

En annan fördel med tvåfasstekniken:All elektronik för datainsamlingen finns i gaslagret nära toppen av detektorn och kan nås via speciella skorstenar som öppnas utifrån, även om det mesta av detektorn är fylld med argon, hålls vid en temperatur under minus 184 grader Celsius (minus 300 grader Fahrenheit).

I motsats till enfasstekniken, detektorn har en enda aktiv volym utan detektorkomponenter i mitten av det flytande argonet och ett reducerat antal avläsningselement upptill.

"Detta är en mycket elegant design som kräver framsteg inom högspänningsteknik och argonrenhet, "säger Fermilab -chefen Nigel Lockyer.

Prototypen är en kubformad detektor som är cirka sex meter lång i varje riktning. Insamlingen av elektroner och avläsning av signalerna utförs av innovativa system, var och en med en yta på nio kvadratmeter, individuellt upphängd några millimeter över vätskenivån.

Tvåfas ProtoDUNE-detektorn är bara en liten del av detektorn som det internationella DUNE-samarbetet planerar att bygga i USA under det kommande decenniet:en DUNE-detektormodul kommer att rymma motsvarande 20 tvåfasiga prototypdetektorer och fungera på hög spänning upp till 600, 000 volt.

DUNE planerar att bygga fyra detektormoduler i full storlek baserat på argonteknik. De kommer att ligga en mil under jorden vid Sanford Underground Research Facility i South Dakota. Forskare kommer att använda den för att upptäcka om neutrinoer kan vara orsaken till att materia dominerar över antimateria i vårt universum.

Resultaten av testet vid CERN hjälper till med beslutet hur många moduler som kommer att innehålla enfasstekniken och hur många som kommer att använda tvåfasstekniken.

DUNE -samarbetet innehåller mer än 1, 000 forskare och ingenjörer från över 30 länder på fem kontinenter:Afrika, Asien, Europa, Nordamerika och Sydamerika.