Прототип детектора DUNE проходит испытания под напряжением 300 кВ в ЦЕРН

Международный проект глубокого нейтринного эксперимента DUNE, возглавляемый Фермиевской национальной лабораторией ускорителей Министерства энергетики США, проводит испытания под давлением прототипа детектора ProtoDUNE на нейтринной платформе ЦЕРН с целью проверки долгосрочной стабильности соответствующей детекторной технологии в экстремальных условиях эксплуатации.

DUNE задуман как крупномасштабный эксперимент по исследованию нейтрино, целью которого является изучение свойств нейтрино и их роли в эволюции Вселенной. В будущем в рамках эксперимента на подземном объекте Сэнфорд в Южной Дакоте (США) на глубине около одной мили будут установлены крупные жидкоаргоновые время-проекционные камеры. После заполнения детектора жидким аргоном и его герметизации доступ к внутренним компонентам будет затруднён в течение длительного периода, поэтому испытания прототипа становятся важным этапом перед началом полноценного строительства.

В настоящее время на нейтринной платформе ЦЕРН установлены два прототипных детектора ProtoDUNE массой около 770 тонн каждый. Ранее, в период с 2018 по 2024 год, научная группа успешно протестировала технологию анодных плоскостных сборок (APA). Данная технология использует плоскости проволочных детекторов для сбора тока, создаваемого дрейфующими электронами, и уже применялась в других нейтринных экспериментах.

Параллельно команда проекта разрабатывает новую схему, получившую название «вертикальный дрейф». В этой схеме традиционные проволочные плоскости заменены медными каналами на печатных платах, а новая геометрия увеличивает расстояние дрейфа электронов, что позволяет детектору регистрировать больше нейтринных событий с меньшим количеством компонентов. Однако увеличение расстояния дрейфа электронов требует более высокого напряжения для поддержания электрического поля, и исследовательская группа планирует поэтапно повышать напряжение до 300 кВ.

Как поясняют учёные, при взаимодействии нейтрино с атомами аргона образуются заряженные частицы, оставляющие ионизационные следы; высвобождаемые электроны под действием сильного электрического поля направляются к считывающей плоскости, а полученные данные позволяют реконструировать направление и энергию треков частиц, что даёт возможность определить положение, энергию и тип исходного нейтрино.

Прототип детектора ProtoDUNE с вертикальным дрейфом завершил этап предварительной настройки и демонстрирует стабильную работу. Данные испытания под напряжением начались 22 мая 2026 года и планируются к завершению осенью. Исследовательская группа отмечает, что испытания позволят смоделировать будущие условия эксплуатации DUNE на прототипе меньшего масштаба с особым вниманием к поведению различных компонентов детектора в условиях высокого напряжения. Помимо нейтрино, генерируемых ускорителем Фермиевской лаборатории, DUNE в будущем будет регистрировать нейтринные сигналы космического происхождения, включая события, которые могут быть использованы для выявления ранних признаков вспышек сверхновых.