Dune Fermilab akan mengirimkan neutrino sejauh 800 mil untuk mempelajari partikel hantu

• Neutrino adalah partikel kecil yang mungkin menyimpan rahasia beberapa misteri terbesar alam semesta.
• Proyek DUNE berharap dapat mempelajari lebih lanjut tentang “molekul hantu” yang sulit dipelajari ini.
• Untuk melakukan hal ini, proyek ini akan mengirimkan neutrino sekitar 800 mil antara Illinois dan South Dakota.

Hampir tujuh tahun lalu, para kru mulai memindahkan 800.000 ton batu dari satu lokasi Bekas tambang emas Dekat Lead, Dakota Selatan.

Tiga gua bawah tanah yang dihasilkan memiliki panjang 500 kaki dan hampir cukup panjang untuk menampung bangunan tujuh lantai.

Proyek DUNE (Eksperimen Neutrino Bawah Tanah Dalam) diperkirakan menelan biaya setidaknya $3 miliar dan dipimpin oleh para ilmuwan di Departemen Energi AS. Fermilab.

Pada akhirnya, setiap gua akan berisi 17.500 ton argon cair untuk membantu fisikawan Fermilab mendeteksi partikel yang sulit dipahami yang dikenal sebagai neutrino, yang juga dikenal sebagai “partikel hantu”.

Neutrino adalah partikel subatom yang ada di sekitar Anda dan melewati Anda, tanpa disadari. Matahari menciptakannya. Supernova menciptakannya. Bahkan pisang menghasilkan neutrino.

“Jika Anda mengangkat tangan, ada 10 miliar neutrino dari Matahari melewati tangan Anda” setiap detik, kata fisikawan dan juru bicara DUNE Mary Pichai kepada Business Insider.

Neutrino dijuluki partikel hantu karena tidak memiliki muatan listrik sehingga jarang berinteraksi dengan apa pun yang bersentuhan dengannya.

Hal ini juga membuat neutrino sangat sulit untuk dipelajari, namun para ilmuwan bersikeras karena neutrino mungkin memegang kunci untuk mengungkap rahasia alam semesta, mulai dari apa yang terjadi setelah Big Bang hingga mengamati lahirnya lubang hitam.

Sinar neutrino antara Illinois dan South Dakota

Sulit untuk mempelajari partikel yang tidak memancarkan radiasi dan lebih ringan dari elektron. “Interaksi neutrino seperti jarum di tumpukan jerami,” kata Pichai.

Ilmuwan Fermilab ingin mempelajari neutrino dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya, menggunakan DUNE.

Itu sebabnya DUNE akan memiliki detektor neutrino terbesar yang pernah ada.

Setelah selesai, percobaan dirancang untuk dimulai dengan serangkaian… Akselerator partikel Di Fermilab di luar Chicago, Illinois.

Akselerator pertama-tama akan menembakkan sinar neutrino yang sangat kuat melalui detektor di Fermilab. Sinar tersebut kemudian akan bergerak di bawah tanah sejauh 800 mil ke detektor di Fasilitas Penelitian Bawah Tanah Sanford di South Dakota.

Dalam perjalanannya, neutrino akan melakukan sesuatu yang agak aneh. Ada tiga jenis neutrino, dan partikel-partikelnya dapat berpindah-pindah di antara keduanya, sebuah fenomena yang dikenal sebagai osilasi. Seorang ilmuwan Fermilab membandingkannya dengan kucing rumahan transformasi Menjadi jaguar dan kemudian harimau sebelum kembali ke bentuk aslinya.

Melacak bagaimana neutrino berubah dalam jarak jauh antara Illinois dan South Dakota akan membantu para ilmuwan lebih memahami osilasi ini dengan memberi mereka pandangan yang lebih lengkap daripada eksperimen NOvA sejauh 500 mil yang dilakukan Fermilab saat ini antara Illinois dan Minnesota.

Melakukan semua ini satu mil di bawah tanah akan melindungi partikel-partikel kecil yang berosilasi dari sinar kosmik energik yang menghujani permukaan bumi setiap detik dan dapat mengganggu data.

Pecahkan rahasia alam semesta

Para ilmuwan berharap dapat menjawab tiga pertanyaan kunci dengan DUNE: mengapa alam semesta terbuat dari materi, bukan antimateri, apa yang terjadi ketika sebuah bintang runtuh, dan apakah proton meluruh?

“Segera setelah Big Bang, materi dan antimateri tercipta dalam jumlah yang kurang lebih sama,” kata Pichai. Namun saat ini, berdasarkan apa yang diketahui para ilmuwan, alam semesta hampir seluruhnya terdiri dari materi.

“Mengapa kita berakhir dengan alam semesta materi, dan bukan alam semesta antimateri?” dia menambahkan.

Sinar DUNE dirancang untuk menciptakan neutrino dan antineutrino, versi antimateri. Melihat osilasi pada masing-masing jenis mungkin dapat membantu para ilmuwan mencari tahu apa yang terjadi pada semua antimateri.

Proyek ini juga ditujukan untuk fisika supernova, kata Beshai.

Pada tahun 1987, para astronom menyaksikan ledakan supernova terang pada jarak yang lebih dekat dibandingkan ledakan lainnya dalam waktu sekitar 400 tahun. Dengan detektor yang tersedia pada saat itu, mereka hanya dapat mendeteksi sekitar beberapa lusin neutrino.

Ada kemungkinan 40 persen bintang lain di dekatnya akan meledak dalam dekade berikutnya, kata Pichai, dan Fermilab berharap setidaknya salah satu detektornya di South Dakota akan berfungsi tepat waktu.

Detektor sebesar itu dapat menangkap ribuan neutrino dan memberikan wawasan tentang bagaimana lubang hitam dan bintang neutron terbentuk.

Terakhir, para ilmuwan belum melihat peluruhan proton, namun teori memperkirakan hal itu akan terjadi. Proton adalah partikel kecil bermuatan positif yang merupakan bagian dari inti atom.

Mengamati peluruhan proton akan berdampak pada keyakinan Albert Einstein bahwa satu teori dapat menyatukan semua gaya di alam.

Jika proton meluruh, dibutuhkan waktu sekitar 10 miliar triliun triliun tahun. Namun Pichai mengatakan detektor neutrino dapat mencari tanda-tanda peluruhan proton yang berbeda. “Kita akan memiliki kesempatan untuk melihatnya, jika teori-teori besar yang terpadu ini benar.”

Sebuah proyek ambisius

Saat ini terdapat beberapa proyek neutrino di seluruh dunia, termasuk Kompleks Penelitian Akselerator Proton Jepang (J-PARC) dan Organisasi Penelitian Nuklir Eropa (CERN).

Apa yang membuat DUNE unik adalah penggunaan argon dan jarak yang jauh antara detektor dekat dan jauh.

Proyek ini menghadapi beberapa kemunduran anggaran dan jadwal, Ilmiah Amerika Dilaporkan untuk tahun 2022. Seharusnya memiliki empat detektor argon, tetapi akan dimulai dengan dua.

Pichai mengatakan detektor pertama dapat beroperasi pada akhir tahun 2028, dan detektor kedua menyusul pada tahun depan. Elemen-elemen ini akan siap jika terjadi ledakan supernova, tetapi bagian pancarannya baru akan siap pada tahun 2031.

Namun, Pichai yakin proyek ini telah mencapai salah satu pencapaian terbesarnya, yaitu kolaborasi sekitar 1.400 orang dari 36 negara. “Ini adalah ilmu pengetahuan yang besar,” katanya. “Itu juga merupakan bendera internasional yang besar.”