作者斯科特·赫什伯格,费米国家加速器实验室 SNOBOX是为超光速粒子实验设计的探测暗物质粒子的设备,它将使用与这个类似的嵌套铜罐,这个铜罐曾用于索丹的CDMS实验
信用:丹·鲍尔,费米实验室 2月和3月,三批铜板到达费米实验室,被冲进地下100米的仓库
这些铜在芬兰被开采,在德国被轧制成板材,然后通过陆路和海路运到实验室——所有这些都在120天内完成
在探索暗物质的过程中,构成宇宙物质85%的神秘物质,铜在地面上消耗的每一天都很重要
费米实验室的科学家丹·鲍尔说:“在地球表面,我们正处于宇宙射线的洪流中。”
当这些来自太空的高能粒子撞击一个铜原子时,它们可以击碎质子和中子,产生另一个叫做钴-60的原子
钴-60具有放射性,这意味着它是不稳定的,会自发衰变为其他粒子
极少量的铜原子转化为钴对铜的日常使用没有影响
但是鲍尔和其他从事超低温暗物质研究的人必须采取严厉的措施来确保他们使用的铜尽可能的纯净
类似实验的最新进展,超级星系将在加拿大安大略省萨德伯里附近的地下实验室——斯诺实验室搜寻暗物质
铜板最终会变成六个超大汽水罐的形状,排列得像嵌套的洋娃娃
最里面的罐子将装有锗和硅器件,设计用来探测假设的弱相互作用的大粒子,特别是质子质量小于10倍的粒子
真空密封的最外层罐的直径将超过一米
整个装置,被称为SNOBOX,将通过一组铜杆连接到一个特殊的冰箱上,将探测器冷却到绝对零度以上一点点的温度
在如此寒冷的温度下,热振动如此之小,以至于弱能粒子在与原子碰撞时会留下可探测的信号
但鲍尔说,“你在用暗物质在大海捞针。”
“你能得到的最好成绩可能是每年几场比赛
" 超纯铜板将被成型为嵌套罐,如SNOBOX设计的剖面图所示
中心的六角孔将容纳暗物质探测器
信用:超级购物中心合作 与此同时,穿过超级星系探测器的普通物质粒子可能会产生被称为背景的外来信号,这将淹没来自暗物质相互作用的信号
将超级中心埋在地下两公里处,用铅、塑料和水将SNOBOX包裹起来,将会屏蔽掉环境中几乎所有不需要的粒子
但是在铜罐和探测器之间什么也没有
尽管铜出色的传热能力使其成为冷却探测器的理想材料,但金属中的任何放射性杂质都会释放出背景粒子
这让我们回到钴-60
“底线是铜在暴露于宇宙射线的表面停留的时间越长,钴-60就产生得越多,”费米实验室的马修·霍利斯特解释说,他是超光速粒子低温系统的经理
“因此,实验的部分背景预算包括表面曝光的时间限制
" 钴-60不是唯一需要担心的杂质
铀、钍和钾的放射性同位素天然存在于地壳中,因此超级金属公司的团队不得不从一个尽可能少含这些金属的矿山购买铜
非放射性杂质也很重要——它们会降低铜的导热能力,从而使探测器更难保持低温
总的来说,超级中心的铜含量必须超过99
纯度99%,小于0
十亿分之一的放射性杂质
在固有杂质和那些通过切割、轧制和运输铜而引入的杂质之间,现在位于费米实验室地下的板块并不十分原始
穿越大西洋后,超级电容器的铜板被运送到印第安纳州南本德的一家工厂,然后被带到费米实验室进行地下储存
荣誉:卢克·马丁,费米实验室 霍利斯特说:“很多过程不是我们能直接控制的。”
“对于我们最终会得到什么,其中有些确实是一个未知数
" 收到盘子后,研究人员将样品送到美国
S
能源部西北太平洋国家实验室进行详细测试,以量化剩余的杂质
很快,这些板将离开费米实验室进行制造,钴钟将再次滴答作响,直到罐子到达它们在斯诺实验室的家
鲍尔说:“在我们把它们带到地下之前,最后一步是用酸性蚀刻剂对它们进行喷涂,这种蚀刻剂会去除几十微米的表面。”
过氧化氢和稀盐酸的溶液将去除制造过程中积累的任何表面杂质
在实验过程中,弱柠檬酸溶液可以保护铜不被氧化,从而保持铜的高导热性
超级中心的合作计划在2022年开始收集数据
总的来说,这一次实验的目标是背景水平比上一次低100倍,这在很大程度上要归功于铜的纯度
随着灵敏度的提高,研究人员希望发现任何可能在附近的低质量弱光子
霍利斯特说:“这个项目已经发展了很长时间,所以很高兴看到它开始整合。”
“SNOBOX实际上是最后一个主要部件,所以我们期待着尽快安装并运行它
" 美国能源部科学办公室、美国国家科学基金会以及加拿大创新基金会和斯诺实验室支持超级星系中心对暗物质的研究
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