Colossal Caverns Excavadas Profundamente Bajo Tierra para el Experimento DUNE Neutrino

Los trabajadores de la construcción crearon dos cavernas colosales, cada una de más de 500 pies de longitud y aproximadamente siete pisos de altura, para los módulos gigantes del detector de partículas del Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos, alojado en Fermilab. Una tercera caverna albergará los servicios públicos necesarios para el funcionamiento del detector. Crédito: Matthew Kapust, Instalación de Investigación Subterránea de Sanford

La finalización de las enormes cavernas subterráneas para el Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos (DUNE) allana el camino para una investigación revolucionaria sobre neutrinos, en la que participa un equipo internacional de más de 1.400 científicos e ingenieros.

Los trabajadores de excavación han terminado de tallar la futura casa de los gigantes detectores de partículas para el Experimento Internacional de Neutrinos Subterráneos Profundos. Ubicadas a una milla de profundidad, las tres cavernas colosales constituyen el núcleo de una nueva instalación de investigación que abarca un área subterránea del tamaño de ocho campos de fútbol.

Alojado por el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi del Departamento de Energía de los Estados Unidos, los científicos de DUNE estudiarán el comportamiento de las misteriosas partículas conocidas como neutrinos para resolver algunas de las preguntas más importantes sobre nuestro universo. ¿Por qué nuestro universo está compuesto de materia? ¿Cómo crea una estrella en explosión un agujero negro? ¿Están los neutrinos relacionados con la materia oscura u otras partículas aún no descubiertas?

Las cavernas proporcionan espacio para cuatro grandes detectores de neutrinos, cada uno del tamaño de un edificio de siete pisos (ver animación de 2 minutos a continuación). Los detectores se llenarán con argón líquido y registrarán la rara interacción de los neutrinos con el líquido transparente.

DUNE ayudará a obtener una imagen más clara del universo y cómo funciona. Los científicos de DUNE perseguirán tres objetivos científicos principales: descubrir si los neutrinos podrían ser la razón por la cual el universo está hecho de materia; buscar fenómenos subatómicos que podrían ayudar a hacer realidad el sueño de Einstein de la unificación de fuerzas; y buscar neutrinos que emerjan de una estrella en explosión, quizás presenciando el nacimiento de una estrella de neutrones o un agujero negro.

Billones de neutrinos atraviesan nuestros cuerpos cada segundo sin que lo sepamos. Con DUNE, los científicos buscarán neutrinos provenientes de estrellas en explosión y examinarán el comportamiento de un haz de neutrinos producido en Fermilab, ubicado cerca de Chicago, a unas 800 millas al este de las cavernas subterráneas. El haz, producido por la fuente de neutrinos más intensa del mundo, viajará directamente a través de la tierra y la roca desde Fermilab hasta los detectores de DUNE en Dakota del Sur. No se necesita un túnel para el recorrido de los neutrinos.

"La finalización de la excavación de estas enormes cavernas es un logro significativo para este proyecto", dijo el Director del Proyecto de EE. UU., Chris Mossey. "Completar este paso prepara el proyecto para la instalación de los detectores a partir de finales de este año y nos acerca un paso más hacia la visión de hacer realidad esta instalación subterránea de clase mundial".

Una cinta transportadora llevó casi 800.000 toneladas de roca, excavadas a una milla de profundidad, a la Open Cut en Lead, Dakota del Sur. Crédito: Stephen Kenny, Instalación de Investigación Subterránea de Sanford

Los equipos de ingeniería, construcción y excavación han estado trabajando a 4.850 pies de profundidad desde 2021 en la Instalación de Investigación Subterránea de Sanford, sede de la parte de Dakota del Sur de DUNE. Los equipos de construcción desmontaron equipos pesados de minería y, pieza por pieza, los transportaron bajo tierra utilizando un pozo existente. Bajo tierra, los trabajadores volvieron a ensamblar los equipos y pasaron casi dos años volando y eliminando rocas. Cerca de 800.000 toneladas de roca fueron excavadas y transportadas desde el subsuelo a una amplia área minera anteriormente conocida como Open Cut.

Pronto, los trabajadores comenzarán a equipar las cavernas con los sistemas necesarios para la instalación de los detectores de DUNE y las operaciones diarias de la instalación de investigación. A finales de este año, el equipo del proyecto tiene previsto comenzar la instalación de la estructura de acero aislada que sostendrá el primer detector de neutrinos. El objetivo es que el primer detector esté operativo antes de finales de 2028.

Vista aérea de una de las grandes cavernas en Dakota del Sur, aproximadamente del tamaño de un edificio de siete pisos. Aquí se colocarán los detectores de partículas del Experimento de Neutrinos Subterráneos Profundos para estudiar el comportamiento de los neutrinos. Se espera que los detectores de DUNE sean el sistema criogénico subterráneo más grande del mundo. Crédito: Matthew Kapust, Instalación de Investigación Subterránea de Sanford

“The completion of the three large caverns and all of the interconnecting drifts marks the end of a really big dig. The excavation contractor maintained an exemplary safety record working over a million hours without a lost-time accident. That’s a major achievement in this heavy construction industry,” said Fermilab’s Michael Gemelli, who managed the excavation of the caverns by Thyssen Mining. “The success of this phase of the project can be attributed to the safe, dedicated work of the excavation workers, the multi-disciplined backgrounds of the project engineers and support personnel. What a remarkable achievement and milestone for this international project.”

DUNE scientists are eager to start the installation of the particle detectors. The DUNE collaboration, which includes more than 1,400 scientists and engineers from over 200 institutions in 36 countries, has successfully tested the technology and assembly process for the first detector. Mass production of its components has begun. Testing of the technologies underlying both detectors is underway using particle beams at the European laboratory CERN.