中微子是棘手的野獸。在已知的基本粒子中,它們獨自承受著身份危機--如果有可能把它們放在一個秤上,你會不可預測地測量出三種可能的質量之一。因此,三種中微子的 "味 "在它們穿越空間和物質的過程中相互融合,為宇宙學中開放的問題提供了物質-反物質不對稱的可能性。今天,中微子是粒子物理學、天體物理學和多信使天文學方面一個充滿活力的世界性研究計劃的主題。
在粒子物理學國際合作的一個引人注目的例子中,歐洲核子研究中心現在已經同意為美國的國際深層地下中微子實驗的探測器生產第二個 "低溫器"。低溫箱是巨大的不銹鋼容器,最終將在DUNE實驗的探測器內容納并冷卻70000噸液態氬。DUNE探測器所需的大型低溫箱的尺寸和低溫需要與液化天然氣運輸業合作,進行創新。歐洲核子研究中心已經承諾建造四個DUNE低溫箱中的第一個。經歐洲核子研究中心理事會批準,該組織現在還同意提供第二個。
歐洲核子研究中心的ProtoDUNE低溫艙內部呈現出金色的色調。DUNE的低溫恒溫器的體積將大20倍。照片。CERN
這項合作利用了歐洲核子研究中心的技術專長,幾十年來,中微子物理學家一直夢想著以這樣的規模來部署這項技術。中微子是出了名的難以探測。它們在物質中流動,發生相互作用的機會微乎其微。而當它們發生相互作用時,往往是與物理學中最不為人所知的物體之一--原子核發生作用,并且從旋轉的混亂的強子物質中出現了大量的粒子和激發。為了首先獲得足夠的這些幽靈般的粒子與原子核相互作用,你需要一個密集的目標材料,然而這對于建立一個足夠敏感的探測器來詳細地重建這些粒子噴霧來說是一個可怕的起點。
歐洲核子研究中心前總干事和諾貝爾獎獲得者卡洛·魯比亞在1977年提出了一個解決方案:中微子可以在液態氬罐中相互作用,電場可以放大碰撞中產生的帶電粒子對鄰近氬原子的溫和電離所造成的微小信號,使 "事件 "可以像三維照片一樣被重建,其精美的分辨率對中微子實驗來說是前所未有的。這樣的 "液氬時間投影室 "首先由大薩索的ICARUS實驗大規模實現,該實驗由意大利的INFN公司建造,在歐洲核子研究中心進行了翻新,并于2017年運往費米實驗室的短基線中微子設施。每個DUNE探測器模塊將大20倍。關于這些突破性設計的工作已經在歐洲核子研究中心進行了幾年,準備和測試了兩個 "ProtoDUNE "探測器,它們已經成功地展示了該技術的操作原理。