Colossal Caverns Excavated Deep Underground for DUNE Neutrino Experiment Des cavernes colossales ont été excavées en profondeur sous terre pour l'expérience DUNE Neutrino.

Des ouvriers du bâtiment ont créé deux cavernes colossales, chacune mesurant plus de 500 pieds de long et d'environ sept étages de haut, pour les modules géants de détecteurs de particules de l'Expérience de Neutrinos Souterrains Profonds, organisée par le Fermilab. Une troisième caverne abritera les services publics pour le fonctionnement du détecteur. Crédit : Matthew Kapust, Sanford Underground Research Facility

L'achèvement des cavernes souterraines massives pour l'Expérience de Neutrinos Souterrains Profonds (DUNE) ouvre la voie à des recherches révolutionnaires sur les neutrinos, impliquant une équipe internationale de plus de 1400 scientifiques et ingénieurs.

Les ouvriers d'excavation ont terminé l'aménagement futur du gigantesque détecteur de particules pour l'Expérience de Neutrinos Souterrains Profonds internationale. Situées à un mile sous la surface, les trois cavernes colossales constituent le cœur d'un nouveau centre de recherche qui s'étend sur une zone souterraine d'environ la taille de huit terrains de football.

Hébergée par le Fermi National Accelerator Laboratory du Département de l'Énergie des États-Unis, les scientifiques de DUNE étudieront le comportement des mystérieuses particules appelées neutrinos afin de résoudre certaines des plus grandes questions sur notre univers. Pourquoi notre univers est-il composé de matière ? Comment une étoile en explosion crée-t-elle un trou noir ? Les neutrinos sont-ils liés à la matière noire ou à d'autres particules non découvertes ?

Les cavernes offrent de l'espace pour quatre grands détecteurs de neutrinos, chacun ayant la taille d'un immeuble de sept étages (voir l'animation de 2 minutes ci-dessous). Les détecteurs seront remplis d'argon liquide et enregistreront l'interaction rare des neutrinos avec le liquide transparent.

DUNE contribuera à fournir une image plus claire de l'univers et de son fonctionnement. Les scientifiques de DUNE poursuivront trois objectifs scientifiques majeurs : découvrir si les neutrinos pourraient être la raison pour laquelle l'univers est fait de matière ; rechercher des phénomènes subatomiques qui pourraient aider à réaliser le rêve d'Einstein de l'unification des forces ; et observer les neutrinos émergeant d'une étoile en explosion, peut-être en assistant à la naissance d'une étoile à neutrons ou d'un trou noir.

Des trillions de neutrinos traversent notre corps chaque seconde sans que nous le sachions. Avec DUNE, les scientifiques chercheront des neutrinos provenant d'étoiles en explosion et examineront le comportement d'un faisceau de neutrinos produit au Fermilab, situé près de Chicago, à environ 800 miles à l'est des cavernes souterraines. Le faisceau, produit par la source de neutrinos la plus intense au monde, traversera directement la Terre et les roches du Fermilab jusqu'aux détecteurs de DUNE dans le Dakota du Sud. Aucun tunnel n'est nécessaire pour le trajet des neutrinos.

"L'achèvement de l'excavation de ces énormes cavernes est une réalisation significative pour ce projet", a déclaré le Directeur du Projet américain, Chris Mossey. "L'achèvement de cette étape prépare le projet à l'installation des détecteurs, qui commencera plus tard cette année, et nous rapproche un peu plus de la réalisation de la vision de faire de cette installation souterraine de classe mondiale une réalité."

Un convoyeur a transporté près de 800 000 tonnes de roches, creusées à un mile sous terre, dans le Open Cut à Lead, dans le Dakota du Sud. Crédit : Stephen Kenny, Sanford Underground Research Facility

Les équipes d'ingénierie, de construction et d'excavation travaillent à 4 850 pieds sous la surface depuis 2021 au Sanford Underground Research Facility, à l'emplacement de la partie du Dakota du Sud de DUNE. Les équipes de construction ont démantelé des équipements lourds d'exploitation minière et, pièce par pièce, les ont transportés souterrainement en utilisant un puits existant. Sous terre, les ouvriers ont remonté les équipements et ont passé presque deux ans à faire sauter et enlever de la roche. Près de 800 000 tonnes de roches ont été excavées et transportées de sous terre dans une vaste ancienne zone d'exploitation minière à la surface, connue sous le nom de Open Cut.

Les ouvriers commenceront bientôt à équiper les cavernes des systèmes nécessaires à l'installation des détecteurs de DUNE et aux opérations quotidiennes de l'installation de recherche. Plus tard cette année, l'équipe du projet prévoit de commencer l'installation de la structure en acier isolée qui abritera le premier détecteur de neutrinos. L'objectif est d'avoir le premier détecteur opérationnel avant la fin de 2028.

Une vue aérienne de l'une des grandes cavernes dans le Dakota du Sud, d'une hauteur équivalente à un immeuble de sept étages. Les grands détecteurs de particules pour l'Expérience de Neutrinos Souterrains Profonds y seront placés pour étudier le comportement des neutrinos. Les détecteurs de DUNE devraient constituer le plus grand système cryogénique souterrain au monde. Crédit : Matthew Kapust, Sanford Underground Research Facility

“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.