天天看點

看科學家們如何在大流行期間在地下深處展開跨境暗物質實驗

在尋找暗物質粒子的過程中,在加拿大礦區中心的一個桌面實驗可能會起到一定的作用。sensei合作項目使用的是滑雪者電荷耦合器件(ccd),這是同類産品中最敏感的傳感器,幾十年前就有夢想,隻不過到最近才實作。

看科學家們如何在大流行期間在地下深處展開跨境暗物質實驗

該合作項目最近證明了該實驗有一個敏感的暗物質探測器,并且它可以在能源部費米實驗室的一個地下實驗區降低背景率。現在,該合作項目正在加拿大的snolab地下一英裡多的地方運作一個更大、更安靜、更敏感的實驗版本。

随着新冠大流行和美國-加拿大邊境的關閉,該實驗很容易在2020年落後于計劃。相反,它正處于調試階段--在外層屏蔽到位後,用實驗将使用的約20%的目标材料進行測試。邊界兩邊的實體學家之間非凡的團隊合作確定了它按計劃向前推進。

在推進科學發展的同時保持安全

随着新冠大流行進入第三或第四個月,費米實驗室的副科學家和sensei的合作者javier tiffenberg突然意識到,費米實驗室團隊計劃于2020年開始的實驗安裝需要重新考慮。

在沒有辦法到達現場的情況下,sensei團隊聯系了snolab,看看從業人員是否願意在費米實驗室的遠端指導下自己安裝這個超敏感的實驗。snolab的從業人員已經熟悉在位于工作礦井中的清潔實驗室中安裝實驗的獨特挑戰。這一次,他們将為一個他們原本不打算參與的實驗進行為期數周的安裝。

snolab曾是一個遊戲。

snolab的研究科學家silvia scorza在談到該項目采用的觀點時說道:“既然它們不能在這裡,我們将成為它們的手。”據悉,scorza是snolab的員工之一,snolab在大流行病期間承擔了遠端幫助安裝項目的任務。

“當snolab的人說他們有興趣對此作出貢獻,然後從我們這邊的工程師和技術人員說,‘是的,我們可以做到這一點,’我感到超級興奮,因為我真的認為這是在一起的,”tiffenberg說道。

費米實驗室粒子實體部的工程師greg derylo設計了sensei的布局、跟繪圖小組合作繪制了所有機械部件的圖紙并從場内和場外的機械商店采購了部件。由于新冠大流行封鎖對進入費米實驗室校園的影響,他還完成了該實驗的大部分實體組裝。

derylo表示,在費米實驗室拆卸并在snolab重新組裝一直是計劃的一部分,但遠端安裝卻提出了一個新問題。

他說道:“真正的訣竅在于誰在地下進行組裝。主要的問題是處理脆弱的(和昂貴的)船長ccd,它們“非常容易受到靜電的損害”。比一個人在地毯上摩擦腳和觸摸門把手後在手上能感覺到的還要小,就會破壞傳感器。為此,snolab的實體學家和技術人員專門上了一堂電子産品處理課。

測試、測試以及一個非常大流行病式的聚會

在實驗能夠投入到snolab手中之前,必須對其進行測試和記錄。

“我們在費米實驗室測試了一切。我們以他們在那裡做的同樣方式組裝一切,”derylo說道。

第一個測試是機械測試--把實驗的外殼組裝起來以确認它能保持真空--和熱性能測試。sensei依靠低溫技術來進行“冷運作”。為了做到這一點,費米實驗室團隊安裝了額外的儀器來監測溫度和運作診斷程式。兩者的表現都符合預期。

在2020年初秋,費米實驗室團隊在實驗中安裝了一套測試子產品,并将其打開、冷卻、冷運作及操作子產品。讀取結果順利完成。團隊通過zoom用香槟酒慶祝。

文檔和手工模拟

通常情況下,檔案更多的是一系列提醒,而不是詳細的說明,團隊成員可以憑直覺判斷過程或主要依靠記憶。

為一個不熟悉實驗的團隊建立說明需要更進階别的溝通。這主要意味着要建立更多細節的文檔。

看科學家們如何在大流行期間在地下深處展開跨境暗物質實驗

因為團隊知道安裝将是遠端的,他們在測試期間利用了自己的裝配。

“我們給所有的東西都拍了照片,”tiffenberg說道,“擁有這些檔案是至關重要的。”

但提出這些檔案并不是沒有挑戰。由于大流行病,多人在不同時間進行記錄,小組内的溝通也變得比平時更重要。不同的技術人員有不同的觀點--從字面上講。

derylo說道:“事實證明,我們實際上對什麼是前面的設定有相反的定義。”那可以通過什麼措施來補救? sensei的最新和最重要的元件之一:粘貼式标簽。

該團隊還在檔案中建立了停止點。一旦snolab對達到這些點之一,他們就可以确定他們是否有時間繼續進行下一步的轉變或他們是否需要費米實驗室團隊的澄清。

第一份檔案約在2021年初準備就緒。derylo表示,該檔案被分成不同的部分,最後約有70頁。該檔案類似于一個綱要,大量使用了照片。另外還提供了真空系統、冷卻器系統和電氣布線的示意圖,但不是小冊子的一部分。

tiffenberg說道:“随後我們把它拆開,但要盡量保持盡可能多的部件在一起,然後我們在1月份把它運到snolab。”

一個工作中的礦井中的超淨潔淨室

撇開大流行問題不談,在snolab的地下設施安裝實驗的過程總是很複雜。畢竟,這是一個位于地下一英裡多的潔淨實驗室--位于一個工作的礦井内。

scorza說道:“仔細的計劃和準備工作從地面開始。”

在那裡,在一天開始的時候,實體學家、工程師和技術人員穿着像礦工一樣的衣服等待“籠子”,一個采礦電梯将他們帶到地下深處。

看科學家們如何在大流行期間在地下深處展開跨境暗物質實驗

下去的過程不到五分鐘。但接下來還有一段路程,要穿過一條礦井隧道,沿途有一條鐵軌,差不多有一英裡。

“是以,要注意你的腳步,”scorza說道。

在這個跋涉的終點,是一個幹淨的實驗室。在進入之前,靴子要在一個特殊的站點進行清洗。衣服和靴子被放在一邊。進入清潔實驗室的人在淋浴的另一側脫衣、洗澡并穿上新的清潔服裝以避免污染。一位實驗室協調員負責檢查實驗室是否可以工作--檢查氧氣水準以及其他參數。從地面到開始工作約需要一個小時,在傳回的路上也是如此--除去淋浴。在一天10個小時的工作中,每班留下約8個小時來組裝實驗。

一個由snolab科學家和一名技術人員組成的四人小組輪流工作,兩人一組進行安裝。 沒有人可以單獨在地下,并且還要保持實體距離,另對最大人數也有限制。

看科學家們如何在大流行期間在地下深處展開跨境暗物質實驗

scorza稱,收到的每件物品都必須經過“地下洗車場”。每件物品都是三層包裝,兩層托盤進而簡化複雜的拆袋和擦拭材料過程,然後才可以進入潔淨室實驗室。在另一邊則是潔淨實驗室。對于sensei來說,部件包括管道、電纜、容器、内側的銅件、低溫裝置、鉛和銅的屏蔽層及鐘罩。

“當這些東西被設計出來時,當然,運輸所有組裝好的東西并不在要求清單中,”tiffenberg說道,“對于我們運送的絕大多數東西,一切都非常好。”

隻有一些小的塑膠件--很容易更換--松動和破裂。

tiffenberg稱,一旦所有東西被打開,看起來不錯,這是一個很大很大的安慰。

安裝工作于4月19日開始,在夏末完成。

看科學家們如何在大流行期間在地下深處展開跨境暗物質實驗

雖然snolab的潔淨室配備了電話和wi-fi,但檔案之外的溝通主要發生在每周的會議上。該計劃從一個星期轉變到另一個星期,具體取決于團隊是否能因為可用性和新冠限制而進入地下。

scorza表示,snolab允許科學家進行的混合工作--包括動手和分析--給了他們一個更完整的實驗實體學經驗。

“我相信,一個團隊,一個由科學家組成的snolab團隊,原本跟實驗關系不大,卻能在地下安裝方面取得進展,這表明,首先,實體學家是非常靈活的,”scorza說道,“而且(它)證明了這個實驗的計劃是多麼強大。向費米實驗室團隊緻敬。”

tiffenberg表示,他很感激安裝過程中沒有出現任何小插曲或意外。“花了很長時間才達到這種沒有意外的情況。一開始,一切都感覺,‘好吧,我們花了很多時間來調整、協調、審查東西’。而這花了很長時間。但現在事情在發展,我們花在那裡的時間我們很感激,因為現在一切都沒有驚喜了。”

雖然現在實驗正在擷取資料,但以科學發現的形式出現的驚喜将是一個不錯的獎勵。

繼續閱讀