Российские учёные помогли создать детекторы нейтрино для мегапроекта «ДЮНА» в США
Недавно шведское издательство MDPI опубликовало статью о разработке детекторов нейтрино для мегапроекта DUNE (Глубокий подземный эксперимент с нейтрино) в США. Хотя в команду ученых входили представители нескольких стран, российские исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ)МИВТ) внесли значительный вклад в развитие самих детекторов.
Два месяца назад в США завершились раскопки подземных лабораторий DUNE. До установки датчиков пройдет еще 4-7 лет, но в целом, судя по статье, база для производства этих устройств уже создана. Ученые МИФТ имеют большой опыт разработки детекторов элементарных частиц.
По сей день нейтрино остается не до конца изученной частицей. Он слабо взаимодействует с веществом, поэтому его крайне сложно обнаружить. Две лаборатории DUNE будут оснащены огромными резервуарами с жидким аргоном (до 17 000 тонн), на стенах которого будут установлены детекторы фотонов. Эти детекторы должны выдерживать частые изменения температуры от криогенной до комнатной и наоборот, оставаясь при этом чрезвычайно чувствительными.
«При разработке детектора ArCLight для нас самым сложным этапом был выбор материалов, чтобы детектор выдерживал многократное охлаждение до температуры жидкого аргона (~187 К) и нагрев до комнатной температуры. При низких температурах полимерные материалы становятся хрупкими, и если коэффициенты теплового расширения не совпадают, детектор может выйти из строя — треснуть».
пояснил Игорь Кресло, ведущий научный сотрудник лаборатории фундаментальных взаимодействий Физтеха
Задача детектора фотонов ArCLight — регистрация сцинтилляционного света, возникающего при взаимодействии нейтрино со средой камеры временной проекции, в случае жидкого аргона. Особенностью ArCLight является то, что его можно размещать на стенках аргоновой камеры, поскольку он не искажает направляющее электрическое поле.
Справа – схема работы ArCLight на примере вакуумного УФ-детектирования.
Физики разработали ряд прототипов фотодетекторов различных размеров: от небольших (5 × 5 см) до необходимых 30×50 см. Фотонный КПД устройств составляет от 0,8 до 2,2%. Чем выше эффективность, тем меньшие энергии фотонов сможет зарегистрировать детектор, что напрямую влияет на сбор статистически значимых данных. Чем больше регистраций, тем полнее информация о свойствах нейтрино.
Ученые МИВТ протестировали различные способы нанесения рабочих слоев на датчики и разработали систему контроля качества устройств. Чтобы полностью покрыть стенки двух огромных резервуаров, потребуется огромное количество детекторов, включая запасные модули. Для этого уже создан необходимый фундамент.
