I februari och mars, tre partier kopparplattor anlände till Fermilab och fördes in i lagring 100 meter under jorden. Kopparen hade bryts i Finland, rullade till tallrikar i Tyskland och skickades över land och hav till labbet - allt inom 120 dagar. I jakten på att upptäcka mörk materia, den mystiska substansen som utgör 85% av materien i universum, varje dag som kopparen spenderade över marken var viktig.

"På jordens yta, vi är i en dusch av kosmiska strålar, "sa Fermilab -forskaren Dan Bauer.

När dessa högenergipartiklar som härrör från rymden träffar en kopparatom, de kan slå ut protoner och neutroner för att producera en annan atom som kallas kobolt-60. Kobolt-60 är radioaktivt, vilket betyder att det är instabilt och spontant förfaller till andra partiklar. Det minsta antalet kopparatomer som omvandlas till kobolt har ingen inverkan på daglig användning för koppar. Men Bauer och andra som arbetar med Super Cryogenic Dark Matter Search måste vidta drastiska åtgärder för att säkerställa att kopparen de använder är så ren som möjligt.

Det senaste i en rad av liknande experiment, SuperCDMS kommer att söka efter mörk materia på SNOLAB, ett underjordiskt laboratorium nära Sudbury, Ontario, Kanada. Kopparplattorna kommer så småningom att få formen av sex överdimensionerade läskburkar arrangerade som häckande dockor. Den innersta burken kommer att innehålla germanium- och kiselanordningar som är avsedda att upptäcka hypoteser om svagt interagerande massiva partiklar, eller WIMP:er, särskilt de med mindre än 10 gånger massan av en proton. Den vakuumförslutna yttersta burken kommer att mäta en dryg meter i diameter. Hela tillbehöret, kallad SNOBOX, kopplas via en uppsättning kopparstammar till ett speciellt kylskåp som kyler detektorerna till en liten bråkdel av en grad över absolut noll.

Vid sådana kalla temperaturer, termiska vibrationer är så små att en WIMP kan lämna en detekterbar signal vid kollision med en atom.

Men "du letar efter en nål i en höstack med mörk materia, "Sa Bauer." Det bästa du kommer att få är kanske några evenemang per år. "

Under tiden, vanliga materialpartiklar som flyger genom SuperCDMS -detektorerna kan producera främmande signaturer, känd som bakgrund, som skulle dränka signalerna från interaktioner mellan mörk materia.

Begrav SuperCDMS två kilometer under jorden och innesluter SNOBOX i lager bly, plast och vatten kommer att avskärma nästan alla oönskade partiklar i miljön. Men ingenting står mellan kopparburkarna och detektorerna. Och medan koppars överlägsna förmåga att transportera värme gör den idealisk för kylning av detektorerna, alla radioaktiva föroreningar i metallen skulle avge bakgrundspartiklar.

Det tar oss tillbaka till kobolt-60.

"Slutsatsen är att ju längre kopparen sitter på ytan och utsätts för kosmiska strålar, ju mer kobolt-60 skapas, "förklarade Fermilabs Matthew Hollister, chefen för SuperCDMS kryogenicsystem. "Så en del av bakgrundsbudgeten för experimentet innehåller en tidsgräns för ytexponering."

Kobolt-60 är inte den enda orenheten att oroa sig för. Radioaktiva isotoper av uran, thorium och kalium förekommer naturligt i jordskorpan, så SuperCDMS -teamet fick köpa koppar från en gruva med så lite av dessa metaller som möjligt. Icke -radioaktiva föroreningar spelar roll, också - de kan minska kopparens förmåga att leda värme, vilket gör det svårare att hålla detektorerna kalla. Totalt, kopparen för SuperCDMS måste vara över 99,99% ren med färre än 0,1 delar per miljard radioaktiva föroreningar.

Mellan inneboende föroreningar och de som introduceras genom skärning, rulla och transportera koppar, plattorna som nu sitter under jord vid Fermilab är inte riktigt orörda.

"Mycket av processen är inte något som vi har direkt kontroll över, "Sade Hollister." En del av det är verkligen ett skott i mörkret om vad vi ska sluta med i slutet av dagen. "

Efter att ha mottagit tallrikarna, forskarna skickade prover till U.S. Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory för detaljerade tester för att kvantifiera de återstående föroreningarna. Snart, plattorna lämnar Fermilab för tillverkning, och koboltklockan kommer att ticka igen tills burkarna når sitt hem på SNOLAB.

"Det sista steget innan vi tar dem under jorden är att spruta dem med en sur etsning som tar bort några tiotals mikron av ytan, Sa Bauer.

En lösning av väteperoxid och utspädd saltsyra kommer att avlägsna eventuella ytföroreningar som har ansamlats i tillverkningsprocessen. Och en svag citronsyralösning kommer att bevara koppars höga värmeledningsförmåga genom att skydda den från att oxidera under experimentets gång.

SuperCDMS -samarbetet planerar att börja samla in data 2022. Sammantaget denna iteration av experimentet syftar till bakgrundsnivåer 100 gånger lägre än sin föregångare, mycket tack vare kopparens renhet. Med ökad känslighet, forskare hoppas kunna upptäcka alla lågmassa WIMP som kan finnas i grannskapet.

"Det här programmet har utvecklats ganska länge, så det är bra att se att det börjar gå ihop, "Sa Hollister." SNOBOX är verkligen det sista stora stycket, så vi ser fram emot att få den här saken installerad och få den att fungera så snart vi kan. "

SuperCDMS -forskning om mörk materia stöds av DOE:s Office of Science och National Science Foundation, samt Canada Foundation for Innovation och SNOLAB.