F:Hur får du en 5:a, 000 pund, 9 fot hög partikeldetektor, designad för att jaga mörk materia, nästan en mil under jorden?

A:Mycket försiktigt.

Förra veckan, besättningar vid Sanford Underground Research Facility (SURF) i South Dakota spände fast den centrala komponenten av LUX-ZEPLIN (LZ) – det största direktdetekteringsexperimentet med mörk materia i USA – under en hiss och s-l-o-w-l-y sänkte den 4, 850 fot ner i ett schakt som tidigare användes vid guldbrytningsverksamhet.

Denna sista resa av LZ:s centrala detektor den 21 oktober till dess viloplats i en specialbyggd forskningsgrotta krävde omfattande planering och involverade två teströrelser av en "dummy"-detektor för att säkerställa en säker leverans.

"Detta var det mest utmanande draget av ett detektorsystem som jag någonsin har gjort under decennier av att arbeta med experiment, " sa Jeff Cherwinka, LZ chefsingenjör från University of Wisconsin, som ledde planeringssatsningen för flytten tillsammans med SURF-ingenjörer och annat stöd.

Jake Davis, en SURF-mekaniker som arbetade med kryostatrörelsen, sa, "Mellan storleken på enheten, utrymmets gränser, och de flera grupper som är involverade i flytten, hela processen krävde rigorös uppmärksamhet på både design och schemaläggning. Innan du monterar detektorn under buren, vi testade med andra kranar för att se hur den skulle reagera när den var upphängd. Vi genomförde också analys och testning för att säkerställa att det skulle förbli snyggt och rakt i skaftet."

Han lade till, "Akturen var långsam, precis runt 100 fot per minut. Resan till 4:an, 850 fots nivå tar vanligtvis 13-15 minuter. I dag, det tog nästan 45 minuter. Jag red i buren, tittar på den genom en inspektionsport i golvet. Det var en stor lättnadens suck efter flytten, men det återstår fortfarande mycket arbete för att avsluta LZ."

Theresa Fruth, en postdoktor vid University College London som arbetar på LZ:s centrala detektor, sa att det var hög prioritet att hålla LZ väl förseglad från alla föroreningar under sin resa - även de minsta spår av damm och smuts kan i slutändan påverka dess mätningar.

"Ur ett vetenskapligt perspektiv, vi ville att detektorn skulle komma ner precis som den var på ytan, " sa hon. "Den strukturella integriteten är otroligt viktig, men så är städningen, eftersom vi har byggt den här detektorn i 10 månader i ett rent rum. Innan flytten, detektorn packades två gånger, sätts sedan in i transportörstrukturen. Sedan, transportören var inlindad med ytterligare ett lager stark plast. Vi måste också flytta all vår utrustning under jord så att vi kan utföra resten av installationsarbetet under jord."

Den centrala detektorn, känd som LZ-kryostat och tidsprojektionskammare, kommer i slutändan att fyllas med 10 ton flytande xenon som kommer att kylas till minus 148 grader Fahrenheit. Forskare hoppas kunna se signaler från mörk materia partiklar som produceras när de interagerar med de tunga xenonatomerna i denna kryostat.

Den flytande formen av xenon, ett mycket sällsynt element, är så tät att en bit granit kan flyta ovanpå dess yta. Det är denna täthet, på grund av den tunga atomvikten av xenon, vilket gör den till en bra kandidat för att fånga partikelinteraktioner.

Kryostaten är en stor tank, monterad av ultrarent titan, är cirka 5,5 fot i diameter. Den innehåller system med totalt 625 fotomultiplikatorrör som är placerade i toppen och botten (se en relaterad artikel). Dessa rör är utformade för att fånga ljusblixtar som produceras i partikelinteraktioner.

Pawel Majewski från Rutherford Appleton Laboratory i Storbritannien, som ledde designen, tillverkning, rengöring, och leverans av LZ:s inre kryostatkärl för U.K. Science and Technology Facilities Council, sa, "Nu är det oerhört glädjande att se den ... hålla i hjärtat av experimentet och vila på sin sista plats på Davis Campus, en mil under jorden."

LZ är designad för att leta efter teorier om mörk materia partiklar som kallas WIMPs, eller svagt interagerande massiva partiklar. Mörk materia utgör cirka 27 procent av universum, även om vi ännu inte vet vad den är gjord av och bara har upptäckt den genom dess gravitationseffekter på normal materia.

Den är 100 gånger känsligare än dess föregångare, kallas LUX, som verkade i samma underjordiska utrymme. Att placera LZ djupt under jorden tjänar till att skydda det från mycket av det ständiga bombardementet av partiklar som finns på jordens yta.

LZ:s kryostat kommer att omges av en tank fylld med en vätska känd som en scintillator som också kommer att vara utrustad med en rad fotomultiplikatorrör och är utformad för att hjälpa till att rensa bort falska signaler från oönskat partikel-"brus". Och kryostaten och scintillatortanken kommer att vara inbäddade i en stor vattentank som ger ett ytterligare buffertlager från oönskade partikelsignaler.

Medan LUX:s huvuddetektor var tillräckligt liten för att passa i SURF-hissen, LZ:s kryostat passar snävt i hisschaktet.

Den flyttades först utanför ett rent rum på ytan, plockas upp med en gaffeltruck, och bärs på plats under hisskorgen. Den fästes sedan på undersidan av buren med selar och remmar, där den långsamt flyttades ner till nivån av Davis Cavern, dess sista viloplats.

När den väl lossnat från hisskorgen, den flyttades med hjälp av luftskridskor på en tillfälligt monterad yta – liknande hur en lufthockeypuck rör sig över bordets yta. På grund av kryostatens storlek, besättningen var tvungen att först tillfälligt ta bort underjordiska kanalarbeten för att tillåta flytten.

Murdock "Gil" Gilchriese, LZ projektledare och fysiker vid Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), sa, "Nästa, kryostaten kommer att lindas med flera lager av isolering, och några andra exteriöra komponenter kommer att installeras." Berkeley Lab är den ledande institutionen för LZ-projektet.

"Då kommer den att sänkas ner i det yttre kryostatkärlet, ", tillade han. "Det kommer att ta månader att koppla upp och kolla in alla kablar och göra allt vakuumtätt." Det mesta av LZ-arbetet är nu koncentrerat under jorden, han sa, med flera arbetsskift planerade för att slutföra LZ-montering och installation.

Det finns planer på att börja testa processen att göra xenongas till flytande gas för LZ i november med hjälp av en falsk kryostat, och att fylla själva kryostaten med xenon under våren 2020. Projektet kan slutföras så snart som i juli 2020, sa Gilchriese.