地下深部中微子实验第一个探测器模块的建造准备工作正在迅速推进。国际DUNE合作组织的成员已经开始对将运往南达科他州的探测器组件进行最终测试。在那里，他们将成为一项独一无二的实验的一部分，该实验旨在研究宇宙中一些最难以捉摸的粒子：中微子。

DUNE合作准备提高第一个探测器模块的量产

DUNE是一项旨在探索中微子性质的实验。科学家们希望解开这些粒子的秘密能够揭开物理学中一些最大的谜团，例如为什么宇宙是由物质构成的，以及中子星和黑洞是如何在恒星爆炸后形成的。

DUNE由美国能源部的费米国家加速器实验室主办，将设在两个地点：伊利诺伊州的费米实验室和南达科他州的桑福德地下研究设施。远探测器是一个巨大的结构，预计最终由四个模块组成，将位于SURF地下1.5公里处。每个模块都将是一个液氩时间投影室，或称LArTPC，旨在填充17,000吨氩，这是空气中常见的一种元素，是研究中微子的理想选择。

SURF建造的第一个DUNE探测器模块将采用水平漂移技术。当中微子与模块内的氩原子碰撞时，它们会产生带电粒子。这些带电粒子在穿过氩气时将电子击倒。电子被强电场吸引到阳极平面组件或APA，它记录了电子产生位置的投影。通过测量电子撞击APA的时间，科学家能够重建三维粒子轨迹。

完成后，第一个探测器模块将包含150个APA，每个APA都是一个大矩形平面，大小约为2.3米x6米，由紧密缠绕的铜铍线组成。曼彻斯特大学物理学教授贾斯汀·埃文斯(JustinEvans)说：“我们将有效地用电线网格抹灰墙。”他正在领导在英国建立APA的工作

第一个模块的技术于2019年在CERNNeutrino平台的缩小版ProtoDUNE中成功测试。尽管它的尺寸仅为最终DUNE探测器模块的二十分之一，但它仍然是有史以来最大的LArTPC并经营。

埃文斯说：“那是我们英国人第一次建造这些线栅并从中获取数据。”“他们工作得很好。”

除了证明探测器技术可行之外，水平漂移原型还揭示了可以改进设计的地方。考虑到这一点，科学家们设计了ProtoDUNEII，这是一种升级后的原型，今年将在CERN进行测试。

CERN的安装团队负责人ThomasWieber说：“有了原型，总能吸取教训。”“我们想证明我们认为会更好地工作的东西实际上确实更好。”

DUNE科学家还致力于开发垂直漂移探测器技术，这是第二个远探测器模块的计划技术。CERN也在准备在一个单独的原型探测器(称为垂直漂移模块0)中测试新技术。

测试完整的组装过程

测试水平漂移模块组件的所有方面还包括确保来自世界各地的DUNE合作者的所有探测器组件都能安全到达。为确保这一过程顺利进行，ProtoDUNEII还充当了安装过程的试验台。参与制造探测器组件的小组将他们所有的测试部件聚集在欧洲核子研究中心，以组装和测试原型。

“我们有来自世界各地的合作者，”CERN水平漂移探测器的安装协调员DanielaMacina说。“这是我们第一次将最终的DUNE水平漂移探测器全部集成并安装在一起。”

ProtoDUNEII包含四个APA。所有四个都在一个充满超冷气态氮的冷箱中进行了测试，以确保电子设备在寒冷的温度下正常工作。所有四个APA都通过了测试。然后将它们与原型的其他部分一起组装在ProtoDUNEII低温恒温器中。这些部件包括电子设备和光传感器，它们识别中微子与探测器中的液态氩相互作用时释放的光子。

“我们需要根据尽可能接近我们在南达科他州使用的程序来组装东西，”Macina说。

今年晚些时候，该团队将用液态氩填充ProtoDUNEII，并通过探测器发射一束粒子以对其进行测试。“我们预计不会有太大的惊喜，因为ProtoDUNE和ProtoDUNEII之间只有微小的变化，”Macina说。

随着ProtoDUNEII的最后工作在CERN进行，科学家们也在提高将安装在SURF的APA的产量。在将安装在远探测器第一个模块中的150个APA中，136个APA将在英国达斯伯里实验室生产，另外14个将在芝加哥大学生产。

为了支持这些部件的大规模生产，英国达斯伯里实验室建造了一个APA工厂，团队在那里建立了4条生产线，每条生产线都有6米长的机器，用于将电线缠绕在钢架上以制造APA。

“我们设置了四个，所有这些都并行工作，”埃文斯说。“我们正在努力达到每条生产线每两个月可以生产一个APA的地步。”

将探测器组件运送到南达科他州

与探测器安装相关的活动也已在南达科他州启动，那里为DUNE远距离探测器挖掘洞穴的工作已完成约60%。11月初，该团队将CERN第一个原型中的一个APA运送到SURF进行物流测试。将长方形APA从欧洲运输到美国，卸载结构，然后通过相对狭窄的矿井将其降低到地面以下一英里的过程已成功完成。

“我们正在使用较旧的APA来验证这些程序，这样当我们开始将真正的APA带到SURF时，我们就不会损坏任何东西，”专注于DUNE水平漂移探测器的技术协调员、费米实验室科学家埃里克詹姆斯说。

尽管需要解决所有细节才能使第一个DUNE探测器模块投入使用，但DUNE科学家并没有忘记他们的最终目标：探索中微子科学的新前沿。

“当我们打开这个东西时，我对我们将看到的东西感到非常兴奋，”埃文斯说。“中微子可以告诉我们很多关于宇宙的事情。