Глубочайшая лаборатория раскроет тайны вселенной
22 июня под Тёмными буграми (Black Hills) в Южной Дакоте официально начала работу Сэнфордская подземная лаборатория. Её установки разместятся на глубине 1478 метров под землёй.
Но в будущем исследователи спустятся существенно глубже, чтобы выяснить устройство мироздания.
Золотоносная шахта Homestake в городе Лид (Lead) была закрыта в 2001 году по окончании 125 лет работы. Тонны поднятой руды и раскрошенных скал покинули по окончании себя многокилометровую сеть горизонтов и штолен.
Насосы, откачивающие воду, были остановлены, а затопленную шахту опечатали.
В 2007-м целое содружество последовательности американских университетов и ведущих национальных лабораторий под руководством (и с подачи) Национального научного фонда (NSF) решили вернуть шахту к судьбе в виде научного комплекса.
Шахтёрский поселок, под которым и раскинулись бессчётные ходы Homestake.
Видна кроме этого открытая выработка, но, не столь глубокая, как сама шахта, упрощённую схему которой вы кроме этого тут видите (фото и иллюстрация Sanford Underground Laboratory at Homestake и с сайта lbl.gov).
Так появился проект Deep Underground Science and Engineering Lab (DUSEL) — практически целая сеть разного рода лабораторий, в которых будут трудиться эксперты из нескольких университетов. Официально открытая день назад Sanford Underground Laboratory at Homestake — только его часть, добравшаяся до реализации первой.
Кстати, изучения тут проводились и раньше. Так, в 1960-х американский физик Рэй Дэвис (Raymond Davis) при помощи огромного детектора, смонтированного в пещере на уровне 4850 футов, в первый раз поймал солнечные нейтрино (Homestake Experiment).
Вверху слева: Рэй Дэвис контролирует нейтринный детектор. 1965 год.
Внизу: продолжатели дела Дэвиса осваиваются на отметке 4850 футов (фотографии Sanford Underground Laboratory at Homestake, Bill Harlan/SDSTA).
Опыт, длившийся вообще-то десятилетия (до середины 90-х), привёл учёных к открытию осцилляций нейтрино на их пути между Землёй и Солнцем. За эту работу Дэвис, вместе с двумя вторыми учёными, взял Нобелевку по физике в 2002 году.
Но с того времени много времени прошло. Воду и потребовалось откачивать прежде всего. Лишь сравнительно не так давно уровень её был опущен ниже отметки 4850 (на данный момент она плещется приблизительно в 5000 футах ниже поверхности Почвы), и в открывшихся ветхих туннелях закипела работа по обустройству исследовательского комплекса.
До тех пор пока ещё во многих частях шахты царит ужасная ситуация, но неспешно ко мне возвратится жизнь (фотографии Jack Stratton, Bill Harlan/SDSTA).
Первым тут должен быть возведён детектор Large Underground Xenon — LUX.
С его помощью физики сохраняют надежду поймать частицы чёрной материи, играющейся большую роль в эволюции Вселенной (скажем, без неё вряд ли появились бы галактики).
Установка LUX, её размещение и фактически детектор (на врезке) (иллюстрации Sanford Underground Laboratory at Homestake).
Глубины шахты Homestake подходят для него идеально, потому, что толща скал прекрасно экранирует космические лучи, талантливые совсем заглушить сверхчувствительные датчики.
Последние должны уловить итог очень редкого и не сильный (и притом до тех пор пока ещё гипотетического) столкновения пролетающих частиц Wimp (это и имеется кандидат на частицу чёрной материи) с 300 килограммами жидкого ксенона.
Материал, что в три раза плотнее воды, находящийся к тому же при температуре практически -110 градусов Цельсия, обязан, по плану авторов опыта, повысить возможность сотрудничества простого вещества с Wimp.
Шахтёры в 1950-х, учёные в 1960-х, опять шахтёры, вода, вода, вода, и снова учёные, уже Сейчас – история шахты богата на повороты (фотографии Sanford Underground Laboratory at Homestake, Bill Harlan/SDSTA).
Новый детектор будет в 100 раз более чувствителен, чем установки, на которых пробовали поймать Wimp раньше, — поясняют учёные. LUX разместят в той самой «пещере Дэвиса», где когда-то стояла историческая установка, уловившая нейтрино от Солнца.
Начнёт работу LUX приблизительно через год.
Возможность поимки чёрной матери радует. Но значительно интенсивнее тут отправится работа, в случае если Белый дом и Конгресс утвердят предстоящее финансирование проекта DUSEL (всего он оценивается в $550 миллионов).
Церемония «номинального» открытия лаборатории прошла прямо на месте будущего комплекса – на глубине 4850 футов.
Но пока тут мало что возможно заметить занимательного – рабочие ещё укрепляют стенки, прокладывают силовые кабели и решают другие инженерные задачи.Внизу: «Золота, быть может, тут больше нет, по крайней мере в извлекаемых количествах. Но я думаю, тут имеется ещё Нобелевские премии», – пошутил губернатор штата на открытии лаборатории (фотографии Sanford Underground по поводу at Homestake, AP/Steve McEnroe).
Так как лабиринт Homestake на отметке 4850 не заканчивается – в противном случае какой был бы это рекорд? Те же нейтринные обсерватории в ряде государств смогут похвастать глубинами в 1,6-2 км (пример — установка SNO, выстроенная в Канаде при участии США и Британии).
Но дело в том, что нижняя точка данной шахты лежит на уровне 8000 футов (2438 метров) под поверхностью Почвы!
Предполагается, что более глубокие лаборатории в Homestake начнут строить в 2012-м, а откроют в 2016 году.
Неспециализированная схема комплекса DUSEL (иллюстрация Zina Deretsky, National Science Foundation).
В целом DUSEL обязана послужить базой для опытов не только астрофизических (поиск частиц чёрной материи — их часть), вместе с тем геологии, гидрологии, биологии, физики, биохимии, геоинженерии и в других областях.
К примеру, биологи будут искать тут бактерии-экстремофилы, подобные тем, что процветают в золотоносной шахте в ЮАР, а инженеры будут экспериментировать с разработками постройки «глубоких» подземных фабрик, предназначенных для сверхчистых материалов.
Причём аппаратура в туннелях DUSEL должна быть размещена на различных уровнях — от совсем маленьких глубин (всего-то в пара метров) и до самого нижнего горизонта этого громадного комплекса.
Кроме того же детектора частиц чёрной материи под Тёмными буграми покажутся нейтринные детекторы, а ещё — установки, каковые попытаются уловить совсем уж «иллюзорные» события, такие как распад протона либо безнейтринный двойной бета-распад.
В последующие десятилетия эта лаборатория будет одной из наибольших исследовательских площадок для того чтобы рода в мире. И будет оставаться такой, по всей видимости, до тех пор до тех пор пока добывающая отрасль не высвободит какую-нибудь ещё выпотрошенную дочиста шахту.
