科学家们组装了费米实验室短基线中微子计划的最终探测器

今年9月，Anne Schukraft在短基线近距离探测器上观察了电隔离支撑吊架，该吊架悬挂着阴极的重量，并从上方连接组件。来源:Ryan Postel，费米实验室

美国能源部费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)的短基线中微子项目(Short-Baseline Neutrino Program)有一个任务，就是寻找标准模型之外的物理，研究宇宙中最难以捉摸的粒子的行为。

该项目包括三个探测器——短基线近距离探测器、MicroBooNE和icarus——将扩大费米实验室在国际上享有盛名的中微子研究活动。通过用这些探测器研究中微子的特性，科学家们将更多地了解这些微小粒子在宇宙中扮演的角色。

在费米实验室的校园里，三个探测器将沿着一条直线交错放置，每个探测器都将探测强烈的中微子束。正在建设中的SBND将离中微子束源最近，距离质子撞击目标并产生介子中微子束的区域仅110米。MicroBooNE于2015年开始采集数据，距离SBND 360米，ICARUS将于今年秋天开始其物理运行，位于MicroBooNE之外130米。

这些探测器将一起以前所未有的细节研究中微子振荡。在这个过程中，一个中微子在穿越空间的过程中可以在三种已知的中微子类型之间转换。如果存在第四种类型的中微子，或者中微子的行为与当前理论预测的不同，科学家们希望在这三个探测器所观测到的中微子振荡模式中找到这种新物理学的证据。

完成后，SBND的探测器将被悬挂在充满液体氩气的房间中。当中微子进入室内并与氩原子碰撞时，它将发出带电粒子和光的喷雾，探测器将记录下来。这些信号将为科学家提供信息，以重建中微子-氩碰撞中所有粒子轨迹的精确3D图像。

科学家Anne Schukraft是该项目的技术协调员，她说:“你会看到一幅图像，它向你展示了如此多的细节，而且是在如此小的范围内。”“如果你把它与上一代的实验相比，它真的为你打开了一个可以学习的新世界。”

让充电

在电池供电的电路中，电子在负极和正极之间流动。在SBND中，中微子碰撞产生的电子将跟随探测器内部产生的电场:两个阳极面和一个带负电荷的阴极面。然而，这不是一个小电路。每个平面长5米，宽4米，阴极和阳极之间的电场为每厘米500伏特，阴极导电高达100,000伏特。

两个阳极平面由间隔3毫米的细线组成，将覆盖立方体探测器的两面墙。它们将收集探测器内部碰撞产生的粒子产生的电子，而它们后面的光传感器将记录光子，或光的粒子。

9月，SBND阴极平面与底部场笼模块安装在组装运输架中。阴极框管结构有16个双面波长变换反射板，这里覆盖着黑色塑料以防止光线暴露。来源:Ryan Postel，费米实验室

在探测器的中间，一个覆盖着反射箔的垂直平面将充当阴极。组装组于7月末将重阴极平面放置在探测器的钢架上，并计划于10月初安装第一个阳极平面。在安装之前，每一层光敏层都保持在一个专门控制的洁净区域。

如果全部组装完毕，探测器的重量将超过100吨，并将充满零下190摄氏度的氩气。整个设备将放置在一个由厚钢和隔热板组成的低温恒温器中，以保持所有东西的低温。一个复杂的管道系统将循环和过滤液体氩气以保持它的清洁。

中微子的科学家、组装

世界各地的不同组织(主要在美国、英国、巴西和瑞士)制造了探测器部件，并将它们运往费米实验室。但是，安装探测器框架的仓库式建筑并不是探测器永远的家。

一旦组件安装在钢框架中，该团队将把探测器从费米实验室运到数英里外的bnd大楼，工作人员正在那里建造低温恒温器，探测器将在那里收集数据。Schukraft估计，SBND将在2023年初首次公布数据。

雪城大学(Syracuse University)的博士后研究员Mônica Nunes说:“bnd的好处是，我们正在从零开始构建它。”“所以我们在这个过程中了解的一切都将对下一代中微子实验非常有用。”

SBND将作为MicroBooNE和ICARUS的补充，作为三个对标准模型之外的物理的探索。特别是，研究人员正在寻找惰性中微子，一种不与弱力相互作用的中微子。之前的两个实验，洛斯阿拉莫斯国家实验室的液体闪烁中微子探测器和费米实验室的MiniBooNE，发现了异常现象，暗示了这些难以捉摸的粒子的存在。通过测量中微子如何振荡和移动类型，SBN计划旨在确认或质疑这些异常，并为惰性中微子的存在增加更多证据。

“我们的想法是在离中微子源非常近的地方安装一个探测器，希望能捕捉到这类中微子，”探测器装配的联合经理Roberto Acciarri说。“然后，我们有一个远的探测器和一个在中间的探测器，看看我们是否能看到惰性中微子的产生和振荡。”

SBND的研究人员还将高精度地检查中微子如何与填充探测器的氩原子相互作用。因为SBND距离中微子束的起源如此之近，它每年将记录超过100万个中微子与氩的相互作用。这些相互作用的物理学是未来中微子实验的一个重要元素，这些实验将使用液氩探测器，如地下深处中微子实验。

他说:“很高兴看到几乎每天都有进展。“我们都急切地等待着这个实验开始采集数据。”

费米国家加速器实验室提供