地下深部中微子实验（DUNE）旨在解开宇宙中一些最大的谜团。

科学家们一直在测试世界最大中微子实验的极限，他们在将原型探测器安装到美国深地之前，对其进行了高达30万伏特的极限压力试验。

这项为地下深部中微子实验（DUNE）进行的测试，是在位于法国普雷维桑园区的欧洲核子研究中心（CERN）中微子平台上开展的。该项目由美国能源部费米国家加速器实验室（Fermilab）领导。

DUNE 将是有史以来建造的最具雄心的粒子物理实验之一。一旦投入运行，它将研究中微子的神秘行为，并寻找宇宙中物质多于反物质的线索。

目前，CERN 有两个重达770吨的原型中微子探测器，名为 ProtoDUNEs。它们在验证 DUNE 所规划的技术方面发挥着关键作用。洛斯阿拉莫斯国家实验室资深科学家索贾尼亚·戈拉皮尼博士表示：“ProtoDUNE 上为验证技术所开展的工作堪称英勇壮举。”

测试探测器的极限

由于实验的探测器部件将在安装后数十年内一直浸没在液氩中且无法触及，科学家们必须确保每个系统的建造都能经久耐用。正因如此，为了验证技术，他们正在使用一个全尺寸原型，名为 ProtoDUNE 垂直漂移探测器。

该原型用商业制造的印刷电路板替代了传统的基于金属丝的读出平面。这不仅使探测器更易于建造，还能用更少的探测器部件记录更多的中微子相互作用事件。新设计使电子在液氩中的漂移距离加倍。

然而，这也需要高得多的电压来保持足够强的电场，以便在电子消失前将它们引导至探测器。这就是研究人员要产生约30万伏特电场的原因。

布鲁克海文国家实验室科学家、DUNE 技术协调人之一史蒂夫·凯特尔博士解释说：“你手里拿的电池两端电压是一伏半。我们采用相同的概念，把它放大到了30万伏特。”

为深地运行做准备

凯特尔强调，团队是故意将探测器推向其极限。他说：“这好比在探测器内部制造一场雷暴，但我们并不想要真的闪电劈下来。如果看到了火花，那将使我们能够研究各种部件如何反应。”

合作组于2025年开始调试这个新原型。目前正在进行的压力测试始于2026年5月，它将确定该系统能否在实际运行条件下长时间可靠地维持高电压。

DUNE 探测器将安装在近一英里深的南达科他州桑福德地下研究设施中。它们将充满液氩，以捕捉中微子极其罕见的相互作用。

当中微子与氩原子碰撞时，会产生带电粒子，留下微弱的电离径迹。探测器灵敏的电子设备将记录这些信号，使科学家能够重建粒子的能量、方向和身份。

DUNE 还将观测来自太空的中微子，这些中微子从爆炸的恒星中逃逸出来，比可见光更早到达地球。这有可能让天文学家提前收到附近超新星的预警。团队还希望该实验能揭示为什么大爆炸后物质留存了下来，而反物质却几乎消失殆尽。

CERN 目前的压力测试将持续到秋季。如果成功，将确认探测器能够在地下可靠运行数十年。凯特尔在一份新闻声明中总结道：“如果所有部件都能扛过去，那将是极大的鼓舞。”

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