Практика ведет к совершенству (детекторы частиц)

После завершения Глубокий подземный эксперимент с нейтрино, или ДЮНА, станет самым масштабным в мире экспериментом с нейтрино, а установка гигантского дальнего детектора для ДЮНЫ в пещере в миле под землей будет напоминать крупнейшую в мире игру «Операция».

DUNE будет состоять из двух детекторов: ближнего детектора меньшего размера, который будет расположен в Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США в Иллинойсе; и более крупный дальний детектор, который будет расположен в подземном исследовательском центре Сэнфорда (SURF) в Южной Дакоте.

Дальний детектор спроектирован так, чтобы состоять из четырех модулей — два из которых находятся в стадии строительства, а два из которых еще планируются — каждый размером с почти шестиэтажное здание и длиной с футбольное поле. Один модуль будет состоять из 25 рядов детекторов нейтрино меньшего размера, называемых сборками анодных плоскостей — APA — одних из самых хрупких компонентов эксперимента.

Поскольку дальний детектор DUNE в SURF собирается в подземной пещере, у него не так много места для маневра. Техники, устанавливающие последний ряд APA, будут стоять у стены, и им будет достаточно всего пары метров для безопасной работы; как только они установят ножничный подъемник, между ним и APA останется достаточно места, чтобы человек мог пройти. После того, как они закончат, им придется протискиваться обратно, прихватив с собой все инструменты и инструменты, которые они принесли.

Чтобы закончить детектор, «мы работаем с оставшимися дюймами», — говорит Том Вибер, менеджер другой подземной лаборатории, NOvA Far Detector Facility в Эш-Ривер, штат Миннесота.

Вибер хорошо знает ограничения, поскольку он играет важную роль в подготовке к окончательной установке.

NOvA также представляет собой нейтринный эксперимент на больших расстояниях. Он состоит из дальнего детектора в Эш-Ривер и ближнего детектора в Фермилабе. Пучок нейтрино из Фермилаба проходит через оба детектора.

После того, как NOvA была собрана, на предприятии в Эш-Ривер было достаточно места для высоких пролетов, чтобы создать зону пробной сборки для DUNE; это единственное место, где есть два прототипа APA, с которыми технические специалисты могут попрактиковаться в работе.

Прототипирование — обязательный шаг в разработке экспериментов по физике крупных частиц. От тестирования компонентов для подтверждения их работоспособности в экспериментальных условиях до отработки транспортировки и сборки деталей — сотрудничество в области физики элементарных частиц делает все возможное, чтобы гарантировать, что эксперимент пройдет так, как ожидалось.

Во многих компонентах DUNE используются специально разработанные инструменты, которые Вибер и его команда изготавливают самостоятельно на основе проектных чертежей и списков материалов. Затем они тестируют инструменты на своем прототипе DUNE.

«У нас есть отличные инженеры, которые проектируют инструменты и приспособления таким образом, что нам просто нужно научиться их безопасно использовать», — говорит Вибер. «Может быть, они слишком тяжелые? Нужен ли нам еще один вспомогательный инструмент, чтобы упростить установку или удаление? Какие вещи нужно надевать на шнурки, чтобы они не падали? Разве в любой момент, когда вы используете это, невозможно использовать без трех рук?»

Когда они сталкиваются с проблемой, команда Вибера информирует инженеров о проблеме и предлагает возможные решения. Затем проект пересматривается, и процесс начинается заново.

«Наверное, я могу посчитать по пальцам одной руки, сколько виджетов, инструментов и приспособлений первой версии не претерпели каких-либо модификаций после тестирования — некоторые из них были простыми, некоторые — полностью переработанными», — говорит Вибер.

«Все извлеченные уроки ценны», — говорит он. «Все, что было сложно, отнимало много времени, что угодно — это нужно записывать. Потому что мы создаем прототип, и если возникает проблема… ее необходимо задокументировать, чтобы, когда мы приступим к масштабированию этой штуки до килотонн, [проблема] не усугублялась».

Установка Ash River достаточно универсальна, поэтому Вибер и его команда могут тестировать множество вещей одновременно. Например, они устанавливают два APA в разной ориентации, чтобы проверить длину кабеля. Одновременно они проверяют «изгиб» катодной плоскости — чтобы посмотреть, выпрямится ли она после того, как удерживается в форме полумесяца.