La pratica rende perfetti (rilevatori di particelle)

Una volta completato, il Deep Underground Neutrino Experiment, o DUNE, sarà l'esperimento sui neutrini più completo al mondo e l'installazione del gigantesco rilevatore lontano per DUNE in una caverna a un miglio di profondità sarà come il più grande gioco di operazioni del mondo.

DUNE sarà composto da due rilevatori: un rilevatore vicino più piccolo, che sarà posizionato presso il Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti in Illinois; e un rilevatore lontano più grande, che sarà posizionato presso il Sanford Underground Research Facility, o SURF, nel South Dakota.

Il rilevatore lontano è progettato per essere composto da quattro moduli, due dei quali sono in costruzione e due ancora in fase di progettazione, ciascuno delle dimensioni di un edificio di quasi sei piani e lungo quanto un campo da calcio. Un modulo sarà composto da 25 file di rilevatori di neutrini più piccoli chiamati gruppi di piani anodici (APA), alcuni dei componenti più fragili dell'esperimento.

Con il rilevatore lontano DUNE del SURF assemblato in una caverna sotterranea, non c'è molto spazio di manovra per lavorare. I tecnici che installeranno l'ultima fila di APA si troveranno contro un muro e avranno solo un paio di metri per operare in sicurezza; una volta introdotto il sollevatore a forbice, ci sarà spazio appena sufficiente affinché un essere umano possa camminare tra esso e gli APA. Dopo che avranno finito, dovranno tornare indietro, portando con sé tutti gli strumenti e gli strumenti che hanno portato qui.

Per completare il rilevatore, "stiamo lavorando con pochi centimetri in più", afferma Tom Wieber, manager di un altro laboratorio sotterraneo, il NOvA Far Detector Facility ad Ash River, Minnesota.

Wieber conosce bene i vincoli poiché svolge un ruolo essenziale nella preparazione dell'installazione finale.

NOvA è anche un esperimento sui neutrini a lunga distanza. È costituito da un rilevatore lontano nel fiume Ash e da un rilevatore vicino al Fermilab. Un fascio di neutrini proveniente dal Fermilab viene inviato attraverso entrambi i rivelatori.

Una volta assemblato NOvA, la struttura di Ash River disponeva di spazio sufficiente per creare un'area di assemblaggio di prova per DUNE; è l'unico posto con due prototipi di APA con cui i tecnici possono esercitarsi a lavorare.

La prototipazione è un passo indispensabile nello sviluppo di grandi esperimenti di fisica delle particelle. Dal test dei componenti per confermare che funzioneranno in condizioni sperimentali alle prove di trasporto e assemblaggio dei pezzi, le collaborazioni nel campo della fisica delle particelle fanno di tutto per garantire che l'esperimento funzioni come previsto.

Molti componenti di DUNE utilizzano strumenti appositamente sviluppati che Wieber e il suo team fabbricano internamente, sulla base di disegni di progettazione ed elenchi di materiali. Quindi testano gli strumenti sul loro prototipo DUNE.

"Abbiamo alle nostre spalle ottimi ingegneri che progettano gli strumenti e le attrezzature in modo tale che dobbiamo solo scoprire come usarli in sicurezza", afferma Wieber. “Tipo, sono troppo pesanti? Abbiamo bisogno di un altro strumento di supporto per facilitare l'installazione o la rimozione? Che tipo di cose devono essere messe sui cordini in modo che non cadano? In qualsiasi momento, quando lo usi, è impossibile usarlo senza tre mani?"

Quando si verifica un problema, il team di Wieber informa gli ingegneri del problema e propone potenziali soluzioni. Quindi il progetto viene rivisto e il processo ricomincia.

"Probabilmente posso contare da un lato su quanti widget, strumenti e dispositivi della versione uno non hanno subito alcun tipo di modifica dopo essere stati testati: alcuni semplici, altri completamente rielaborati", afferma Wieber.

“Tutte le lezioni apprese sono preziose”, afferma. “Tutto ciò che è stato difficile, ha richiesto molto tempo, qualunque cosa, deve essere registrato. Perché stiamo costruendo un prototipo e, se c'è un problema... deve essere documentato in modo che quando andiamo a scalare questa cosa a kilotoni, [il problema] non si aggrava."

La configurazione di Ash River è abbastanza versatile da consentire a Wieber e al suo team di testare molte cose contemporaneamente. Ad esempio, stanno installando i loro due APA con orientamenti diversi per testare la lunghezza del cavo. Allo stesso tempo, stanno testando la “flessione” di un piano catodico, per vedere se si raddrizzerà dopo essere stato tenuto a forma di falce di luna.