«Σαν να συναρμολογείς αεροπλανοφόρο μέσα σε γυάλινο μπουκάλι»: Το γιγαντιαίο πείραμα κάτω από τη Γη

Το φιλόδοξο πείραμα DUNE κατασκευάζεται σε παλιό χρυσωρυχείο στη Νότια Ντακότα και φιλοδοξεί να αποκαλύψει τα μυστικά των νετρίνων και της προέλευσης της ύλης.

Ένα από τα πιο φιλόδοξα επιστημονικά εγχειρήματα των τελευταίων δεκαετιών στις Ηνωμένες Πολιτείες περνά πλέον στη φάση της υλοποίησης. Το διεθνές πείραμα DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) φιλοδοξεί να φωτίσει μερικά από τα μεγαλύτερα μυστήρια του σύμπαντος, βαθιά κάτω από τη Γη, σε ένα εγκαταλελειμμένο χρυσωρυχείο στη Νότια Ντακότα.

Η εγκατάσταση κατασκευάζεται περίπου 1,5 χιλιόμετρο κάτω από την επιφάνεια, στις υπόγειες ερευνητικές εγκαταστάσεις Sanford, στο πρώην ορυχείο Homestake, κοντά στην πόλη Λιντ. Εκεί, οι επιστήμονες θα επιχειρήσουν να ανιχνεύσουν τα εξαιρετικά δυσπρόσιτα νετρίνα — σωματίδια τόσο «φευγαλέα», ώστε μπορούν να διαπερνούν τεράστιες ποσότητες ύλης χωρίς σχεδόν καμία αλληλεπίδραση.

Το DUNE θεωρείται κομβικό για τη σύγχρονη φυσική σωματιδίων, καθώς οι ερευνητές ελπίζουν ότι θα δώσει απαντήσεις σε θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με τη δομή της ύλης, αλλά και για το γιατί το σύμπαν αποτελείται κυρίως από ύλη και όχι από ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.

Η πιο ισχυρή δέσμη νετρίνων που δημιουργήθηκε ποτέ

Στο πλαίσιο του πειράματος, το Fermilab στο Ιλινόις θα παράγει μια τεράστια δέσμη νετρίνων, η οποία θα ταξιδεύει υπόγεια για περίπου 1.300 χιλιόμετρα μέχρι τους ανιχνευτές του DUNE στη Νότια Ντακότα.

Οι ανιχνευτές θα περιέχουν δεκάδες εκατομμύρια λίβρες υγρού αργού, διατηρημένου σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, κοντά στους -185 βαθμούς Κελσίου. Όταν κάποιο νετρίνο αλληλεπιδράσει -κάτι εξαιρετικά σπάνιο- με τα άτομα του αργού, θα παράγεται ηλεκτρικό σήμα που θα μπορεί να καταγραφεί από τα επιστημονικά όργανα.

Οι φυσικοί εστιάζουν ιδιαίτερα στο φαινόμενο της «ταλάντωσης» των νετρίνων, δηλαδή στην ικανότητά τους να αλλάζουν μορφή κατά τη διάρκεια της διαδρομής τους. Αυτή η ασυνήθιστη συμπεριφορά θεωρείται πιθανό να κρύβει στοιχεία για τη μεγάλη κοσμική ανισορροπία ανάμεσα στην ύλη και την αντιύλη μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Έργο δισεκατομμυρίων με διεθνή συμμετοχή

Το DUNE χρηματοδοτείται κυρίως από το αμερικανικό Υπουργείο Ενέργειας, ωστόσο αποτελεί διεθνή συνεργασία 38 χωρών. Στην κατασκευή συμμετέχει και το CERN, το οποίο προσέφερε περίπου 10 εκατομμύρια λίβρες χάλυβα για την πρώτη δεξαμενή του έργου.

Η διαδικασία χαρακτηρίζεται εξαιρετικά απαιτητική, καθώς ο τεράστιος εξοπλισμός πρέπει να μεταφερθεί μέσω ενός στενού φρέατος σε βάθος μεγαλύτερο του ενός μιλίου. Οι επικεφαλής του έργου παρομοιάζουν την κατασκευή με «τη συναρμολόγηση ενός αεροπλανοφόρου μέσα σε γυάλινο μπουκάλι».

Αγώνας δρόμου με Ιαπωνία και Κίνα

Παρά τη σημασία του, το DUNE έχει ήδη αντιμετωπίσει σημαντικές καθυστερήσεις και υπερβάσεις κόστους, με τον συνολικό προϋπολογισμό να προσεγγίζει πλέον τα 5 δισεκατομμύρια δολάρια.

Ο πρώτος ανιχνευτής αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία στις αρχές της δεκαετίας του 2030, όμως το DUNE δεν είναι το μοναδικό μεγάλο πείραμα νετρίνων στον κόσμο.

Η Ιαπωνία προχωρά το Hyper-Kamiokande, ενώ η Κίνα ήδη καταγράφει αποτελέσματα μέσω του πειράματος JUNO, εντείνοντας τον διεθνή ανταγωνισμό για την κατανόηση ενός από τα πιο αινιγματικά σωματίδια της φύσης.

Παρά τον ανταγωνισμό, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τα τρία μεγάλα προγράμματα θα λειτουργήσουν συμπληρωματικά, οδηγώντας τα επόμενα χρόνια σε μια βαθύτερη κατανόηση του σύμπαντος και της ίδιας της ύπαρξης της ύλης.