由美国能源部费米国家加速器实验室主导的深地下中微子实验,已着手建造全球规模最大的低温粒子探测器。该项目名为DUNE远探测器,选址在南达科他州利德的桑福德地下研究设施,位于地表以下约1.6公里处。

根据项目方发布的声明:“工程面临多重挑战,涉及规模庞大、国际协作复杂、物流安排以及人员与设备安全保障等多个方面。”DUNE远探测器将分阶段建成数个大型模块,每个模块内部安装有浸泡在液态氩中的高灵敏度探测元件。
前两个模块各自需灌注约相当于五座奥运标准泳池体积的液态氩。由于液态氩密度约为水的1.4倍,每个模块容纳量接近1.7万公吨。为完成首模块填充,项目团队计划在一年内接收约1000辆卡车的液态氩。后续由国际合作伙伴提供的两个模块规模略小,但整个DUNE实验最终使用的液态氩总量预计将突破5万吨。
液态氩需持续维持在约-186摄氏度的低温环境中。为此设计的专用低温恒温系统将保障氩保持液态,并支持实验持续运行二十年。目前低温设备与主体结构的施工正按计划推进,前两个模块有望于2032年前投入运行。
当低温恒温器完成灌注后,外部泵组将通过净化回路使液态氩循环流动。浸没其中的探测器即可开始采集数据。建成后的DUNE将成为国际先进的液态氩中微子探测器,其三维轨迹成像功能可精确记录粒子相互作用,用于测量中微子振荡现象及正反中微子差异。
该探测器还能为中微子质量排序、质子衰变稀有事例搜寻、超新星爆发中微子观测等前沿课题提供新数据。深地下中微子实验团队表示,这些探测能力有助于解答基础物理领域的关键问题,例如宇宙中物质与反物质不对称成因,同时可检验超越现有粒子物理标准模型的理论,并通过质子衰变研究探索物理规律统一性。









