Début de la construction pour une expérience souterraine sur les neutrinos, qui pourrait dévoiler les secrets de l’Univers
Près d’un kilomètre et demi sous terre, dans le Dakota du Sud, des scientifiques construisent une expérience unique au monde, dont la mission sera d’étudier les neutrinos et d’explorer certaines des plus grandes énigmes de l’Univers, en particulier la façon dont l’Univers a pris forme après le Big Bang et le rôle joué par les neutrinos dans le fait que notre monde est constitué essentiellement de matière. Actuellement, des équipes du Fermilab, du CERN et du laboratoire SURF assemblent de grandes poutres en acier pour bâtir la structure extérieure des énormes modules de détecteur destinés à l’expérience sur les neutrinos
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Les équipes du Laboratoire Fermi (Fermilab), relevant du Département de l’énergie des États-Unis (DOE), ainsi que du CERN, le Laboratoire européen pour la physique des particules, travaillent aux côtés de celles du laboratoire Sanford Underground Research Facility (SURF) pour commencer la construction d’immenses cryostats destinés à l’expérience pionnière DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). Ces cuves géantes sont conçues pour contenir de l’argon liquide à une température extrêmement froide.
Les travaux se déroulent près de 1 500 m sous terre, au laboratoire SURF, situé à Lead, dans le Dakota du Sud, où des milliers de poutres d’acier rouges ont été acheminées méticuleusement, une par une, depuis la surface jusqu’à la zone d’assemblage. Une fois installées, les poutres formeront les structures extérieures des cryostats des deux modules de détecteur de l’expérience. Chaque cryostat contiendra environ 17 000 tonnes d’argon liquide maintenus à environ −185 °C.
(Image : Fermilab)
« DUNE est la priorité numéro un pour le Fermilab, a indiqué Norbert Holtkamp, directeur du Laboratoire Fermi. C’est avec enthousiasme que tous les collaborateurs du laboratoire voient commencer ces travaux.Lorsque l’expérience DUNE sera en fonctionnement, elle aura le potentiel d’approfondir notre compréhension de l’Univers à un niveau fondamental, et également d’ouvrir la voie à des avancées technologiques nouvelles. »
Lorsque le système sera opérationnel, le Fermilab enverra un faisceau de neutrinos aux détecteurs à argon liquide de DUNE, dans le Dakota du Sud, sur une distance de 1 300 km, à travers la croûte terrestre. Un deuxième détecteur situé à proximité de la source du faisceau au Fermilab mesurera les particules avant qu’elles accomplissent leur voyage. Ensemble, les installations du Fermilab et le site souterrain du Dakota du Sud forment l’Installation neutrino longue distance.
DUNE est une collaboration internationale de plus de 1 500 chercheurs, basée au Fermilab, qui comprend cinq laboratoires dépendant du Bureau des sciences du DOE. Les quelque 6 200 tonnes d’acier nécessaires à la construction des modules de cryostat sont une contribution en nature du CERN. Le CERN dirige la conception des immenses cryostats de DUNE, ainsi que la planification de leur construction, leur logistique et leur installation, en collaboration avec une entreprise spécialisée dans les structures en acier basée au Minnesota, qui sera chargée d’assembler les structures en souterrain.
« Nous avons eu la chance de voir récemment plusieurs événements marquants, tels que l’arrivée à Rapid City, en provenance de Houston, d’acier pour les deux cryostats, et la célébration organisée à Lead pour fêter le début de la descente sous terre des éléments en acier, a souligné Jolie Macier, chef de projet pour les détecteurs lointains et la cryogénie de DUNE. « Voilà qui nous rapproche encore un peu plus du moment où nous allons passer à la recherche. »
Avec l’expérience DUNE, c’est la première fois que le CERN apporte des contributions aussi importantes à une expérience réalisée en dehors de l’Europe.
« La collaboration est dans l’ADN du CERN, et notre contribution à DUNE est un excellent exemple de partenariat entre organisations, a déclaré le Directeur général du CERN, Mark Thomson. Après des années de planification et une coordination minutieuse, je suis très heureux de voir que nous sommes prêts à commencer l’installation. »
Le CERN joue un rôle de premier plan dans le développement des technologies utilisées pour la physique des particules ; la conception des cryostats uniques en leur genre destinés à DUNE constitue un exemple. S’appuyant sur sa plateforme neutrino, le CERN a mis au point et construit le détecteur ProtoDUNE, premier prototype pour les deux technologies de détecteur qui équiperont les modules de détecteur lointain de DUNE.
« Cette réalisation a mobilisé toute l’étendue de l’expertise du CERN, a déclaré Lluís Miralles, ingénieur en chef du projet de plateforme neutrino au CERN. Nous avons apporté non seulement notre savoir-faire technique, mais aussi nos capacités de gestion de projet. Le CERN démontre ici comment nous disposons, au sein même du Laboratoire, de compétences qui nous permettent de répondre aux besoins et de relever les défis à tous les niveaux du projet. »
Chaque cryostat mesure 66 m de longueur, 19 m de largeur et 18 m de hauteur. Pour donner une idée des dimensions, chaque cryostat est plus long qu’un Boeing 747, et dépasse d’un étage la hauteur de l’enseigne « Hollywood » de Los Angeles.
« SURF est fier d’apporter sa contribution à cette recherche de classe mondiale, qui s’effectuera 1 478 m sous terre. Cette expérience imposante devrait fonctionner jusqu’à la fin de la décennie 2040, et pourrait faire progresser la science pour des générations. Dans le même temps, elle va accueillir certains des esprits les plus brillants dans le monde, et offrira dans la région des Black Hills toute une gamme d’emplois bien rémunérés », a déclaré Mike Headley, directeur du laboratoire SURF et directeur exécutif de l’Autorité chargée de la science et de la technologie du Dakota du Sud.
Un total de 2 600 poutres d’acier rouges seront utilisées pour construire les deux modules de cryostat de DUNE. Le laboratoire SURF est responsable des travaux et de la logistique pour ce qui concerne le puits, et veillera à ce que chacune de ces poutres d’acier, ainsi que les autres équipements nécessaires, arrivent à bon port dans la zone souterraine.
Parallèlement aux travaux d’installation en cours dans la caverne Sud, les équipes de SURF ont commencé à descendre dans la caverne Nord des éléments en acier pour le deuxième cryostat, dont l’assemblage devrait commencer l’année prochaine.
« Ce moment constitue une étape marquante pour la collaboration et illustre l’importance du partenariat transcontinental entre le CERN, le Fermilab et le laboratoire SURF, essentiel pour la réalisation d’un tel projet, a déclaré Sowjanya Gollapinni, co-porte-parole de l’expérience DUNE. Cette synergie est au cœur du fonctionnement des grandes collaborations internationales. Nous sommes très heureux de franchir cette étape essentielle, qui nous rapproche des résultats scientifiques majeurs que nous apportera DUNE. »
L’espace souterrain de DUNE devrait être achevé d’ici à 2029, et l’appareillage du détecteur d’ici à 2030. À compter de 2030, une équipe internationale de 1 800 chercheurs commencera à étudier d’une façon inédite les lois de la nature en observant des particules issues du Soleil et de l’espace. S’appuyant sur l’accélérateur amélioré du Fermilab, PIP-II, le faisceau de neutrinos terrestres devrait être envoyé aux détecteurs souterrains installés dans le Dakota du Sud d’ici à 2031, ce qui marquera le lancement du programme scientifique à long terme de DUNE.
Découvrez plus de ressources :
Images :
– https://cds.cern.ch/record/2884532?ln=en
– https://cds.cern.ch/record/2858342?ln=en
– https://cds.cern.ch/record/2855567?ln=en
Vidéos :
– https://videos.cern.ch/record/3027278
– https://videos.cern.ch/record/2677463
– https://videos.cern.ch/record/2298023
Dossier de presse de DUNE (Fermilab) : https://cernbox.cern.ch/s/O9jxNLOU5XrUqcg