Colossal Caverns Excavated Deep Underground for DUNE Neutrino Experiment Caverne Colossali Sono State Scoperte in Profondità Sottoterra per l'Esperimento Neutrino DUNE

I lavoratori edili hanno creato due caverne colossali, ognuna delle quali lunga più di 500 piedi e alta circa sette piani, per i moduli giganti del rivelatore di particelle dell'Esperimento di Neutrini Profondi Sotterranei (DUNE), ospitato da Fermilab. Una terza caverna ospiterà le utility per il funzionamento del rivelatore. Credit: Matthew Kapust, Sanford Underground Research Facility

Il completamento delle enormi caverne sotterranee per l'Esperimento di Neutrini Profondi Sotterranei (DUNE) apre la strada alla ricerca innovativa sui neutrini, coinvolgendo un team internazionale di oltre 1.400 scienziati e ingegneri.

I lavoratori di scavo hanno terminato di scavare la futura sede dei giganteschi rivelatori di particelle per l'Esperimento Internazionale di Neutrini Profondi Sotterranei. Situate a un miglio sotto la superficie, le tre caverne colossali sono al centro di una nuova struttura di ricerca che si estende in un'area sotterranea grande quanto otto campi da calcio.

Ospitato dal Laboratorio Nazionale di Acceleratori di Fermi del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, gli scienziati DUNE studieranno il comportamento delle misteriose particelle chiamate neutrini per risolvere alcune delle più grandi domande sul nostro universo. Perché il nostro universo è composto di materia? Come fa una stella in esplosione a creare un buco nero? I neutrini sono collegati alla materia oscura o ad altre particelle ancora non scoperte?

Le caverne forniscono spazio per quattro grandi rivelatori di neutrini, ognuno delle dimensioni di un edificio di sette piani (vedi animazione di 2 minuti qui sotto). I rivelatori verranno riempiti con argon liquido e registreranno la rara interazione dei neutrini con il liquido trasparente.

DUNE contribuirà a fornire una visione più chiara dell'universo e del suo funzionamento. Gli scienziati di DUNE perseguiranno tre obiettivi scientifici principali: scoprire se i neutrini potrebbero essere la ragione per cui l'universo è composto di materia; cercare fenomeni subatomici che potrebbero aiutare a realizzare il sogno di Einstein dell'unificazione delle forze; e osservare i neutrini che emergono da una stella in esplosione, forse assistendo alla nascita di una stella a neutroni o di un buco nero.

Miliardi di neutrini attraversano i nostri corpi ogni secondo senza che noi neanche ce ne accorgiamo. Con DUNE, gli scienziati cercheranno neutrini provenienti da stelle in esplosione e studieranno il comportamento di un fascio di neutrini prodotto a Fermilab, situato vicino a Chicago, a circa 800 miglia a est delle caverne sotterranee. Il fascio, prodotto dalla fonte di neutrini più intensa al mondo, attraverserà in linea retta la terra e la roccia da Fermilab ai rivelatori DUNE nel Dakota del Sud. Non è necessario un tunnel per il percorso dei neutrini.

"Il completamento dello scavo di queste enormi caverne è un risultato significativo per questo progetto," ha dichiarato il direttore del progetto degli Stati Uniti, Chris Mossey. "Completare questo passo prepara il progetto per l'installazione dei rivelatori che inizierà più avanti quest'anno e ci avvicina ancora di più al compimento della visione di rendere questa struttura sotterranea di livello mondiale una realtà."

Un nastro trasportatore ha trasportato quasi 800.000 tonnellate di roccia scavata a un miglio di profondità nell'Open Cut a Lead, South Dakota. Credit: Stephen Kenny, Sanford Underground Research Facility

Team di ingegneria, costruzione ed escavo hanno lavorato a 4.850 piedi sotto la superficie dal 2021 presso il Sanford Underground Research Facility, sede della porzione del Dakota del Sud di DUNE. Le squadre di costruzione hanno smontato pesanti attrezzature minerarie e, pezzo per pezzo, le hanno trasportate sottoterra utilizzando un pozzo esistente. Sottoterra, i lavoratori hanno rimontato le attrezzature e hanno trascorso quasi due anni facendo brillare e rimuovendo la roccia. Sono state scavate e trasportate quasi 800.000 tonnellate di roccia in un'ampia area di ex miniere sopra il suolo chiamata Open Cut.

Le squadre inizieranno presto ad attrezzare le caverne con i sistemi necessari per l'installazione dei rivelatori DUNE e le operazioni quotidiane della struttura di ricerca. Più avanti quest'anno, il team del progetto prevede di iniziare l'installazione della struttura in acciaio isolata che ospiterà il primo rivelatore di neutrini. L'obiettivo è avere il primo rivelatore operativo entro la fine del 2028.

Un'aerea panoramica di una delle grandi caverne nel Dakota del Sud, alta quanto un edificio di sette piani. In questa caverne verranno collocati i grandi rilevatori di particelle per lo studio del comportamento dei neutrini. I rivelatori DUNE saranno il sistema crioogenico sotterraneo più grande del mondo. Credit: 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.