กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 11 นาที

การทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก

โครงการ ทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก ( DUNE ) เป็น โครงการทดลอง นิวตริโน ที่กำลังก่อสร้างในสหรัฐอเมริกา โดยมีเครื่องตรวจจับระยะใกล้ที่ เฟอร์มิแล็บ รัฐอิลลินอยส์...

การทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก

พิกัด : 41°49′55″N 88°15′26″W / 41.831944°N 88.257222°W / 41.831944; -88.257222

การทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก
ภาพตัดขวางตามแนวยาวของลำแสงสำหรับการทดลองจากหัวฉีดหลัก
 ชื่อเรียกอื่นเนินทราย
สถานที่ตั้งสหรัฐอเมริกา
พิกัด41°49′55″N 88°15′26″W / 41.831944°N 88.257222°W / 41.831944; -88.257222
เว็บไซต์dunescience.org
โครงการทดลองนิวตริโนใต้ดินลึกตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกา
การทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก
ที่ตั้งของการทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก
 โลโก้ Wikimedia Commonsสื่อที่เกี่ยวข้องบน Commons

โครงการทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก ( DUNE ) เป็น โครงการทดลอง นิวตริโนที่กำลังก่อสร้างในสหรัฐอเมริกา โดยมีเครื่องตรวจจับระยะใกล้ที่เฟอร์มิแล็บรัฐอิลลินอยส์ และเครื่องตรวจจับระยะไกลที่ศูนย์วิจัยใต้ดินแซนฟอร์ด (SURF) รัฐเซาท์ดาโคตา ซึ่งจะสังเกตการณ์นิวตริโนที่ผลิตขึ้นที่เฟอร์มิแล็บ ลำแสงนิวตริโนเข้มข้นหลายล้านล้านตัวจากโรงงานผลิตที่เฟอร์มิแล็บจะถูกส่งไปในระยะทาง1,300 กิโลเมตร (810 ไมล์)โดยมีเป้าหมายเพื่อทำความเข้าใจบทบาทของนิวตริโนในจักรวาล[ 1 ] [ 2 ]มีผู้ร่วมงานมากกว่า 1,000 คนในโครงการนี้[ 1 ]การทดลองนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรวบรวมข้อมูลเป็นระยะเวลา 20 ปี[ 3 ] 

วัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์หลักของ DUNE คือ[ 3 ] [ 4 ]

ในปี 2014 คณะกรรมการจัดลำดับความสำคัญของโครงการฟิสิกส์อนุภาค (P5) จัดอันดับโครงการนี้ให้เป็น "โครงการที่มีลำดับความสำคัญสูงสุดในช่วงเวลาที่กำหนด" (คำแนะนำที่ 13) [ 9 ]ความสำคัญของเป้าหมายเหล่านี้ทำให้เกิดข้อเสนอโครงการที่แข่งขันกันในประเทศอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การทดลอง Hyper-Kamiokandeในญี่ปุ่น ซึ่งมีกำหนดเริ่มเก็บข้อมูลในปี 2027 โครงการ DUNE ประสบปัญหาความล่าช้าในกำหนดการและค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นจากต่ำกว่า 2 พันล้านดอลลาร์เป็นมากกว่า 3 พันล้านดอลลาร์ ส่งผลให้มีบทความในScienceและScientific Americanอธิบายว่าโครงการนี้ "มีปัญหา" [ 10 ] [ 11 ]ในปี 2022 DUNE กำหนดวันเริ่มต้นการปล่อยลำแสงนิวตริโนไว้ในช่วงต้นทศวรรษ 2030 และขณะนี้โครงการได้แบ่งเป็นหลายเฟสแล้ว[ 10 ] [ 11 ]

การออกแบบ LBNF/DUNE

โรงงานนิวตริโนฐานยาว

ตัวอย่างของฮอร์นแม่เหล็กที่ใช้ในลำแสงนิวตริโนNuMI

ลำแสงสำหรับ DUNE เรียกว่า "Long Baseline Neutrino Facility" (LBNF) [ 12 ] การออกแบบขั้นสุดท้ายกำหนดให้ลำแสงโปรตอน 2.4 MW จาก เครื่องเร่งอนุภาค Main Injectorมุ่งเป้าไปที่ลำแสง LBNF เพื่อผลิตไพอนและเคออนที่ถูกโฟกัสด้วยสนามแม่เหล็กเข้าไปในท่อสลายตัวผ่านทางฮอร์นแม่เหล็กซึ่งพวกมันจะสลายตัวเป็นนิวตริโนนิวตริโนจะเดินทางเป็นเส้นตรงผ่านโลก ไปถึงใต้ดินประมาณ30 กิโลเมตร (19 ไมล์)ใกล้จุดกึ่งกลาง เพื่อไปถึงห้องปฏิบัติการใต้ดินในเมืองลีด รัฐเซาท์ดาโคตา 

เพื่อกำหนดทิศทางของนิวตริโนไปยังห้องปฏิบัติการใต้ดิน ลำแสงจะต้องถูกส่งลงไปในพื้นดินด้วยมุมที่ชัน การก่อสร้าง LBNF จะรวมถึง เนินเขา สูง 58 ฟุต (18 เมตร)ที่ทำจากดินอัดแน่น เชื่อมต่อกับ อุโมงค์ ยาว 680 ฟุต (210 เมตร)ซึ่งจะมีท่อสลายอนุภาคยาว 635 ฟุต (194 เมตร) [ 13 ]เนินเขานี้เป็นส่วนสำคัญของ "การจัดการทริเทียมที่ดีขึ้น [ซึ่งเป็น] จุดสนใจหลักในการออกแบบสิ่งอำนวยความสะดวกด้านพลังงานลำแสงที่สูงขึ้นใหม่นี้" [ 14 ]ทริเทียมที่ผลิตโดยลำแสงสามารถเข้าสู่แหล่งน้ำผิวดินได้ อย่างไรก็ตาม อัตราที่เฟอร์มิแล็บนั้นถูกรักษาไว้ในระดับที่ต่ำกว่าที่กฎระเบียบอนุญาต[ 15 ]   

การพึ่งพาของ LBNF ต่อโครงการ PIP II

เพื่อให้สามารถส่งโปรตอน 1.2 เมกะวัตต์ไปยัง LBNF ได้จำเป็นต้องดำเนินการโครงการปรับปรุงโปรตอน ระยะที่สอง ("PIP II") ซึ่งจะเพิ่มการส่งโปรตอนจากห่วงโซ่เครื่องเร่งอนุภาคของเฟอร์มิแล็บขึ้น 60% [ 16 ]ค่าใช้จ่ายในการอัปเกรดเฟอร์มิแล็บนี้ ณ ปี 2022 อยู่ที่ 1.28 พันล้านดอลลาร์ สหรัฐ [ 17 ]ดังนั้น ค่าใช้จ่ายรวมของ PIP II และ DUNE ระยะที่ 1 จึงเกิน 4 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ โครงการ PIP II ได้รับอนุมัติให้เริ่มก่อสร้างในเดือนเมษายน 2022 และคาดว่าจะแล้วเสร็จภายในปี 2028 [ 16 ]

เครื่องตรวจจับระยะไกล DUNE

การออกแบบเครื่องตรวจจับระยะไกล DUNE นั้นใช้เทคโนโลยี Liquid Argon Time Projection Chamber (LArTPC)ที่ทันสมัย​​เครื่องตรวจจับระยะไกลจะประกอบด้วยอาร์กอน เหลวปริมาตรทั้งหมด 70 กิโลตัน ซึ่งตั้งอยู่ใต้ดินลึก1.5 กิโลเมตร (4,850 ฟุต)ใต้พื้นผิว[ 18 ]การออกแบบในปัจจุบันแบ่งอาร์กอนเหลวออกเป็นสี่โมดูล LArTPC โดยแต่ละโมดูลมี "ปริมาตรอ้างอิง" (ปริมาตรที่ใช้ได้สำหรับการวิเคราะห์ทางฟิสิกส์ ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าปริมาตรทั้งหมดเพื่อหลีกเลี่ยงการโต้ตอบใกล้ขอบเครื่องตรวจจับ) ประมาณ 10 กิโลตัน จะมีการขุดหินประมาณ 800,000 ตันเพื่อสร้างถ้ำสำหรับเครื่องตรวจจับระยะไกล[ 19 ] 

เนื่องจาก LArTPC เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ จึงจำเป็นต้องมีการวิจัยและพัฒนาและการสร้างต้นแบบอย่างกว้างขวาง[ 20 ]เครื่องตรวจจับต้นแบบกำลังถูกสร้างและทดสอบที่CERN [ 21 ] ต้นแบบเครื่องแรกจากสองเครื่อง คือProtoDUNE แบบเฟสเดียว (การทดลอง CERN NP04 [ 22 ] ) ได้บันทึกร่องรอยอนุภาคครั้งแรกในเดือนกันยายน 2018 [ 23 ]การมีส่วนร่วมของ CERN ใน DUNE ถือเป็นทิศทางใหม่ในการวิจัยนิวตริโนของ CERN [ 24 ]และการทดลองเหล่านี้ถูกอ้างถึงว่าเป็นส่วนหนึ่งของ Neutrino Platform ในโปรแกรมการวิจัยของห้องปฏิบัติการ[ 25 ]

เครื่องตรวจจับการทดลอง MicroBooNE และICARUSเป็น LArTPC ขนาด 100 ตันคู่หนึ่งในโครงการ Fermilab ซึ่งทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์ม R&D สำหรับการพัฒนาเครื่องตรวจจับ DUNE ด้วย[ 26 ] การทดลองเหล่านี้ได้ให้ข้อมูลสำคัญ แต่มีขนาดเล็กกว่าโมดูล DUNE มากกว่า 20 เท่าMicroBooNEเป็นเครื่องตรวจจับ LArTPC ที่ทำงานต่อเนื่องยาวนานที่สุด โดยเก็บข้อมูลตั้งแต่ปี 2015 ถึง 2021 ซึ่งสั้นกว่าระยะเวลา 20 ปีที่คาดไว้สำหรับ DUNE อย่างมาก

DUNE เครื่องตรวจจับระยะใกล้

เครื่องตรวจจับนิวตริโนระยะใกล้ DUNE จะตั้งอยู่บนพื้นที่ของ Fermilab ทางด้านล่างของ LBNF ประมาณ600 เมตร (2,000 ฟุต)จากจุดที่เกิดนิวตริโน เครื่องตรวจจับนิวตริโนระยะใกล้ DUNE ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับย่อยหลายตัวที่จะวางเคียงข้างกัน หนึ่งในนั้น (SAND) จะถูกติดตั้งตามแนวแกนลำแสงนิวตริโน ส่วนตัวอื่นๆ (NDLAr และ NDGar) สามารถเคลื่อนย้ายได้และสามารถเลื่อนไปในทิศทางตั้งฉากกับลำแสงเพื่อตรวจจับนิวตริโนที่มุมการผลิตที่แตกต่างกัน[ 27 ] วัตถุประสงค์หลักคือการตรวจสอบและกำหนดลักษณะของลำแสงขณะที่นิวตริโนถูกสร้างขึ้นในแนว LBNF เพื่อให้สามารถคาดการณ์อัตราการปฏิสัมพันธ์ที่เครื่องตรวจจับระยะไกล DUNE ได้อย่างแม่นยำ[ 28 ] 

ประวัติความเป็นมาที่นำไปสู่ความร่วมมือระหว่างประเทศ

โครงการนี้เริ่มต้นขึ้นในฐานะโครงการเฉพาะของสหรัฐอเมริกาที่เรียกว่าLong Baseline Neutrino Experiment ( LBNE ) ในช่วงประมาณปี 2012–2014 ได้มีการพิจารณาที่จะลดขนาดโครงการโดยใช้เครื่องตรวจจับที่อยู่ใกล้พื้นผิวเพื่อลดต้นทุน อย่างไรก็ตาม คณะกรรมการจัดลำดับความสำคัญของโครงการฟิสิกส์อนุภาค (P5) ได้สรุปในรายงานปี 2014 ว่ากิจกรรมการวิจัยที่ดำเนินการโดย LBNE "ควรได้รับการปรับปรุงใหม่ภายใต้ความร่วมมือระหว่างประเทศใหม่ ในฐานะโครงการที่ประสานงานและได้รับทุนสนับสนุนจากนานาชาติ โดยมีFermilabเป็นเจ้าภาพ" [ 9 ]ความร่วมมือ LBNE ได้ยุติลงอย่างเป็นทางการในวันที่ 30 มกราคม 2015 [ 29 ]ไม่นานหลังจากที่ความร่วมมือใหม่ที่ P5 แนะนำได้ก่อตั้งขึ้นในวันที่ 22 มกราคม 2015 [ 30 ]ความร่วมมือใหม่นี้ได้เลือกชื่อว่า Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) [ 31 ]

เพื่อตอบสนองต่อการเรียกร้องของ P5 ให้มีการมีส่วนร่วมระหว่างประเทศมากขึ้น ณ ปี 2022 นักวิทยาศาสตร์จากกว่า 30 ประเทศได้มีส่วนร่วมในการก่อสร้าง LBNF และ DUNE [ 32 ] [ 33 ]ในปี 2017 สภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งสหราชอาณาจักร (STFC)ประกาศการลงทุน 65 ล้านปอนด์ใน DUNE และ LBNF [ 34 ]ภายในปี 2022 พันธมิตรระหว่างประเทศที่ให้การสนับสนุนในรูปแบบอื่น ๆ ยังรวมถึง CERNบราซิล สวิตเซอร์แลนด์ และโปแลนด์[ 35 ]และการสนับสนุนจากต่างประเทศทั้งหมดสำหรับโครงการมูลค่า 3 พันล้านดอลลาร์มีมูลค่า 570 ล้านดอลลาร์ หรือประมาณ 20% [ 36 ]

การค้นพบ

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2567 มีการประกาศว่านักวิทยาศาสตร์ตรวจพบนิวตริโนตัวแรกโดยใช้เครื่องตรวจจับอนุภาคต้นแบบ DUNE ที่ห้องปฏิบัติการเร่งอนุภาคแห่งชาติเฟอร์มิของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ[ 37 ]

การแก้ไขขอบเขต ค่าใช้จ่าย และกำหนดการ

ขอบเขตและต้นทุนเดิมของโครงการ LBNE ได้รับการกำหนดไว้ในขั้นตอนที่ 1 ของกระบวนการ "การตัดสินใจที่สำคัญ" ของกระทรวงพลังงาน การอนุมัติ CD-1 เกิดขึ้นในเดือนธันวาคม 2012 [ 38 ]การออกแบบที่ได้รับการอนุมัติได้ลดขนาดคำขอของนักฟิสิกส์ลงอย่างมาก ซึ่งมีค่าใช้จ่าย 1.7 พันล้านดอลลาร์ การอนุมัติ CD-1 มีงบประมาณ 850 ล้านดอลลาร์ เครื่องตรวจจับระยะใกล้ที่เสนอไว้ไม่ได้รวมอยู่ด้วย และแนะนำให้วางเครื่องตรวจจับระยะไกลไว้บนพื้นผิวแทนที่จะอยู่ใต้ดิน

จากคำแนะนำของ P5 สำหรับขอบเขตโครงการที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นซึ่งรวมถึงเครื่องตรวจจับใต้ดิน โครงการจึงได้รับการยืนยัน CD-1 ครั้งแรก ("CD-1R") ภายใต้ชื่อ LBNF/DUNE ในเดือนพฤศจิกายน 2015 ขอบเขตของ LBNF/DUNE ได้รับการเผยแพร่ในรายงานการออกแบบเชิงแนวคิดปี 2016 โดยระบุว่าโมดูลตรวจจับระยะไกลสองโมดูลแรกจะแล้วเสร็จในปี 2024 ลำแสงจะใช้งานได้ในปี 2026 และโมดูลทั้งสี่จะใช้งานได้ในปี 2027 [ 3 ] DOE ประเมินต้นทุนของโครงการไว้ระหว่าง 1.26 พันล้านดอลลาร์ถึง 1.86 พันล้านดอลลาร์[ 39 ]ในขณะที่ CD-1R ได้รับการอนุมัติ DOE กำหนดว่าหากต้นทุนพื้นฐานที่คาดการณ์ไว้เพิ่มขึ้นเกิน 2.79 พันล้านดอลลาร์ หรือสูงกว่าขอบเขตบนของช่วง 50% จะต้องทบทวน CD-1R อีกครั้ง ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่เกิดขึ้นจริงแล้วในปี 2020 [ 39 ]

ในเดือนพฤศจิกายน 2021 เจ้าหน้าที่สำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงาน (DOE) รายงาน[ 40 ] [ 41 ]ต่อคณะที่ปรึกษาฟิสิกส์พลังงานสูงว่า แม้ว่า DUNE จะได้รับเงินทุนระหว่างประเทศ 570 ล้านดอลลาร์ในเวลานั้น แต่ต้นทุนรวมของโครงการอยู่ในจุดที่ทำให้เกิดการทบทวน CD-1R ใหม่ หรือที่เรียกว่า CD-1RR การทบทวนของ DOE ที่จัดขึ้นในเดือนมกราคมและมิถุนายน 2021 สรุปว่า แม้แต่เวอร์ชันที่ลดขอบเขตของโครงการซึ่งประกอบด้วยเครื่องตรวจจับระยะไกลเพียงสองตัวและเครื่องตรวจจับระยะใกล้หนึ่งตัว ก็ยังเกินช่วงสูงสุดที่ DOE อนุญาตสำหรับการเติบโตของต้นทุนโครงการทั้งหมดที่ 2.75 พันล้านดอลลาร์ กระบวนการ CD-1RR มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดช่วงต้นทุนและกำหนดการที่ดีขึ้นภายในกลางปี ​​2022 [ 40 ] เนื่องจากประวัติการจัดสรรงบประมาณจากรัฐสภาที่ต่ำกว่าที่ร้องขอสำหรับโครงการ ในการประชุมเดือนพฤศจิกายน 2021 เดียวกันนั้น DOE ได้นำเสนอ "โปรไฟล์แบบอนุรักษ์นิยม [สำหรับการจัดหาเงินทุน] ที่สำนักงานวิทยาศาสตร์สามารถสนับสนุนได้" [ 40 ]

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2565 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการ CD-1RR กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) ได้ประกาศว่าโครงการจะแล้วเสร็จในสองเฟส[ 10 ] [ 11 ]แผนการแบ่งเฟส[ 42 ]ได้รับการประกาศในระหว่างกระบวนการ Snowmassซึ่งเป็นการดำเนินการที่จัดขึ้นเป็นระยะโดยแผนกอนุภาคและสนาม (DPF) ของสมาคมฟิสิกส์อเมริกัน เพื่อวางแผนอนาคตของฟิสิกส์อนุภาค ตามหลักการแล้ว เฟสที่ 1 จะประกอบด้วยโมดูลตรวจจับระยะไกลสองโมดูลแรก ระบบตรวจจับระยะใกล้บางส่วน และลำแสง 1.2 เมกะวัตต์[ 42 ]ซึ่งจะแล้วเสร็จภายในปี พ.ศ. 2565 ด้วยงบประมาณที่ประมาณไว้ 3.1 พันล้านดอลลาร์[ 35 ] [ 10 ]

กระบวนการ CD-1RR เสร็จสมบูรณ์เมื่อวันที่ 16 กุมภาพันธ์ 2023 โดยมีค่าใช้จ่ายโดยประมาณสำหรับโครงการอยู่ที่ 3.3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และช่วงค่าใช้จ่ายสูงสุดที่อนุญาตอยู่ที่ 3.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ[ 43 ] เพื่อให้เป็นไปตามค่าใช้จ่ายนี้ โมดูลตรวจจับ 2 จะบรรจุอาร์กอนเหลวเพียง 40% เมื่อโครงการเสร็จสมบูรณ์ และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถใช้งานทางฟิสิกส์ได้ทันที[ 44 ] ค่าใช้จ่าย 3.3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐนี้ไม่รวมราคาประมาณ 1 พันล้านดอลลาร์สหรัฐของการอัปเกรด PIP II ที่จำเป็นสำหรับ DUNE และเงิน 660 ล้านดอลลาร์สหรัฐที่สัญญาไว้ ณ เดือนกุมภาพันธ์ 2023 จากพันธมิตรระหว่างประเทศสำหรับ DUNE [ 45 ] เมื่อรวมเงินทุนเหล่านี้แล้ว ค่าใช้จ่ายทั้งหมดสำหรับเฟส I ของ LBNF/DUNE เมื่อสิ้นสุดกระบวนการตรวจสอบ CD-1RR อยู่ที่ประมาณ 5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ

เฟส II จะทำให้ขอบเขตทั้งหมดสมบูรณ์โดยการเพิ่มโมดูลระยะไกลอีกสองโมดูล ทำให้ชุดตรวจจับย่อยที่ไซต์ใกล้สมบูรณ์ และยกระดับกำลังลำแสงเป็น 2.4 เมกะวัตต์[ 42 ]เฟส II แสดงถึงต้นทุนที่สูงกว่าประมาณการ 3.1 พันล้านดอลลาร์สำหรับเฟส I [ 10 ]และคาดว่าจะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมอย่างน้อย 900 ล้านดอลลาร์[ 46 ]นักฟิสิกส์แสดงความกังวลว่าแผนสองเฟสอาจทำให้ DUNE ล้าหลังคู่แข่งหลักอย่างการทดลองHyper-Kamiokande อย่างมาก [ 11 ]และเฟส II อาจจะไม่ได้ถูกสร้างขึ้นเลย[ 10 ]

ต้นทุนที่เพิ่มสูงขึ้น

ผู้จัดการโครงการ คริส มอสซีย์ รายงานเกี่ยวกับแหล่งที่มาของต้นทุนที่เพิ่มขึ้นต่อคณะกรรมการจัดลำดับความสำคัญของโครงการฟิสิกส์อนุภาค ปี 2023 ในการประชุมที่จัดขึ้นที่เฟอร์มิแล็บในเดือนมีนาคม 2023 [ 47 ] เขาระบุว่าแหล่งที่มาคือ:

  • "ต้นทุนและความซับซ้อนของการก่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกแบบดั้งเดิมในพื้นที่ห่างไกลนั้นถูกประเมินต่ำเกินไป (เพิ่มขึ้นประมาณ 300 ล้านดอลลาร์)"
  • "ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งเครื่องตรวจจับนั้นถือว่าอยู่นอกเหนือโครงการ (ประมาณ 200 ล้านดอลลาร์)"
  • "การยืดระยะเวลาการจัดหาเงินทุนทำให้ต้นทุนเพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากค่าใช้จ่ายที่เพิ่มสูงขึ้นและระยะเวลาดำเนินการที่ยาวนานขึ้น (เพิ่มขึ้นประมาณ 300 ล้านดอลลาร์)"
  • "มีความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในขอบเขตโครงการที่ต้องการ (มูลค่าประมาณ 200 ล้านดอลลาร์สหรัฐ)"
  • "ช่องว่างในสมมติฐานที่วางแผนไว้เกี่ยวกับการมีส่วนร่วมของพันธมิตร ทำให้ขอบเขตงานถูกโอนไปให้โครงการของกระทรวงพลังงาน (DOE) รับผิดชอบในภายหลัง (เพิ่มขึ้นประมาณ 100 ล้านดอลลาร์)"
  • "ผลการตรวจสอบของกระทรวงพลังงานแนะนำให้เพิ่มระดับเงินสำรองฉุกเฉินขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 400 ล้านดอลลาร์)"

นอกเหนือจากปัญหาด้านการบริหารจัดการโครงการที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ยังสามารถระบุปัญหาด้านสังคมวิทยาที่ส่งผลให้ต้นทุนสูงขึ้นได้อีกด้วย:

  • คำแนะนำ P5 ปี 2014 ไม่ได้กล่าวถึงข้อจำกัดด้านต้นทุนหรือลำดับความสำคัญสำหรับการแบ่งระยะ โดยระบุเพียงตัวชี้วัดประสิทธิภาพ[ 9 ]จึงพลาดโอกาสในการป้องกันงบประมาณที่เพิ่มสูงขึ้น
  • ความเต็มใจของสำนักงานวิทยาศาสตร์กระทรวงพลังงานที่จะปรับเพิ่มต้นทุนผ่านกระบวนการ "ปรับปรุง" CD (CD-1R และ CD-1RR) ความผ่อนปรนในข้อกำหนดในการรักษาระดับต้นทุนสามารถเปรียบเทียบได้กับการควบคุมต้นทุนของรัฐบาลญี่ปุ่นในการทดลอง Hyper-K ที่แข่งขันกัน[ 48 ]

การแข่งขันจาก Hyper-K และการทดลองอื่นๆ

คู่แข่งหลักของ DUNE คือ การทดลอง Hyper-Kamiokande (Hyper-K) [ 48 ] Hyper-K เป็นเครื่องตรวจจับปริมาตรทั้งหมด 260 กิโลตัน ซึ่งอยู่ระหว่างการก่อสร้าง ห่าง จากแหล่งกำเนิดนิวตริโน ของศูนย์วิจัยเครื่องเร่งอนุภาคโปรตอนของญี่ปุ่น ( J-PARC ) 295 กม. (183 ไมล์)คาดว่าจะแล้วเสร็จภายในปี 2027 รัฐบาลญี่ปุ่นมีการควบคุมต้นทุนอย่างเข้มงวดและไม่อนุญาตให้ต้นทุนของญี่ปุ่นเกินกว่าประมาณการเดิมในปี 2016 ที่ประมาณ 600 ล้านดอลลาร์สหรัฐ[ 48 ] โครงการนี้ได้รับเงินสนับสนุนจากต่างประเทศประมาณ 150 ล้านดอลลาร์สหรัฐ[ 48 ] ดังนั้น ต้นทุนของ Hyper-K จึงเท่ากับต้นทุนที่ได้รับการอนุมัติจาก CD-1 สำหรับ LBNE (รุ่นก่อนหน้าของ DUNE) ในช่วงต้นทศวรรษ 2010  

เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว เครื่องตรวจจับ DUNE เฟส 1 มีขนาดเล็กกว่ามาก—เพียง 17 กิโลตัน—และระยะทางจากแหล่งกำเนิดนิวตริโนของเฟอร์มิแล็บไปยังเครื่องตรวจจับนั้นยาวกว่า—1,300 กิโลเมตร (810 ไมล์)สิ่งนี้ส่งผลให้คาดการณ์อัตราการเกิดปฏิกิริยาใน DUNE ต่ำกว่า Hyper-K มาก นอกจากนี้ ระยะเวลาของ Hyper-K ยังคงเป็นไปตามแผน ดังนั้นจึงคาดว่าเครื่องตรวจจับจะเริ่มเก็บข้อมูลได้เร็วกว่าการคาดการณ์ในปัจจุบันสำหรับ DUNE ประมาณ 4 ถึง 5 ปี  

รายงานฉบับสุดท้ายของรายงานกลุ่มเฉพาะเรื่อง Snowmass 2021 เกี่ยวกับการแกว่งของนิวตริโนสามรสชาติที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน 2022 [ 49 ] ประเมินว่าผลลัพธ์ 5σ (ดังนั้นจึงเป็นระดับการค้นพบ) เกี่ยวกับการละเมิด CP อาจได้รับการเผยแพร่จาก Hyper-K ในปี 2034 และจาก DUNE ในปี 2039 DUNE สามารถบรรลุความเข้าใจ 5σ เกี่ยวกับลำดับมวลได้เร็วกว่า Hyper-K เนื่องจาก Hyper-K มีฐานเส้นที่สั้นกว่า DUNE และความสามารถในการกำหนดลำดับมวลขึ้นอยู่กับระยะทางที่นิวตริโนเดินทาง[ 48 ]นอกจากนี้ การทดลองยังมีความเสริมกันในหลายส่วนของโปรแกรม รวมถึงความไวต่อรสชาติที่แตกต่างกันของนิวตริโนทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เช่น จากซูเปอร์โนวาในกาแล็กซีที่อาจเกิดขึ้นได้ เนื่องจากนิวเคลียสเป้าหมายที่แตกต่างกัน

ผู้อำนวยการเมอร์มิแล็บ เมอร์มิงกา ถูกถามเกี่ยวกับความเป็นไปได้ที่ DUNE จะถูกคู่แข่งแย่งชิงไปในการนำเสนอต่อคณะกรรมการวิทยาศาสตร์ของสภาผู้แทนราษฎรในเดือนมิถุนายน 2022 [ 50 ]ในการตอบสนอง เมอร์มิงกาอ้างว่าโครงการทั้งสองเป็นส่วนเสริมกัน โดย DUNE ให้การสร้างภาพปฏิสัมพันธ์ของนิวตริโนที่แม่นยำยิ่งขึ้นเนื่องจากเทคโนโลยีอาร์กอนเหลว ซึ่งสามารถทำได้ในเครื่องตรวจจับน้ำ Hyper-K ที่ใช้น้ำเป็นฐาน[ 50 ] อย่างไรก็ตาม เมอร์มิงกาไม่ได้อธิบายว่าเหตุใดจึงจำเป็นต้องมีการสร้างภาพที่แม่นยำยิ่งขึ้น

การก่อสร้างที่ศูนย์วิจัยใต้ดินแซนฟอร์ด

ทีมงานที่กำลังปฏิบัติงานในโครงการทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก

ศูนย์วิจัยใต้ดินแซนฟอร์ดใช้ประโยชน์และขยายสิ่งอำนวยความสะดวกของเหมืองโฮมสเตค (เซาท์ดาโคตา)ซึ่งหยุดดำเนินการเมื่อสิ้นปี 2544 เพื่อรองรับโมดูลตรวจจับระยะไกล การขุดโพรงตรวจจับระยะไกล DUNE เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 21 กรกฎาคม 2560 [ 51 ] [ 19 ] เจ็ดปีต่อมา ในวันที่ 15 สิงหาคม 2567 ได้มีการประกาศการสร้างถ้ำเสร็จสมบูรณ์[ 52 ]

ความล่าช้าในการดำเนินการให้แล้วเสร็จเกิดจากทั้งความซับซ้อนของโครงการใต้ดินและปัญหาการปล่อยฝุ่นที่พื้นผิว หินที่ขุดออกมาจากใต้ดินถูกนำไปวางไว้ใน Open Cut ใจกลางเมืองLead รัฐเซาท์ดาโคตาในเดือนมิถุนายน 2021 กลุ่มฝุ่นที่ลอยขึ้นจาก Open Cut เนื่องจากการก่อสร้าง DUNE ทำให้เกิดการร้องเรียนจากธุรกิจ เจ้าของบ้าน และผู้ใช้สวนสาธารณะใกล้เคียง[ 53 ]การร้องเรียนยังคงดำเนินต่อไปจนถึงฤดูใบไม้ผลิปี 2022 โดยไม่ได้รับการตอบสนองที่เพียงพอจากฝ่ายบริหารของ Fermilab ส่งผลให้หน่วยงานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งรัฐเซาท์ดาโคตาสั่งปิดการขุดค้นในวันที่ 31 มีนาคม 2022 [ 54 ]

มีการสอบสวนเกิดขึ้น ซึ่งทีมบริหารของเฟอร์มิแล็บยอมรับถึงความล้มเหลวในโปรโตคอล และริเริ่มมาตรการใหม่เพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นดำออกจากบริเวณเปิด[ 55 ] [ 56 ]ด้วยการรับประกันเหล่านี้ เฟอร์มิแล็บจึงได้รับอนุญาตให้กลับมาทิ้งหินได้ในวันที่ 8 เมษายน 2565 [ 56 ]การขุดถ้ำตรวจจับใต้ดิน DUNE เสร็จสมบูรณ์ในวันที่ 15 สิงหาคม 2567 [ 57 ]

DUNE ยังคงอยู่ระหว่างการก่อสร้าง โดยมีการวางแผนจะเริ่มใช้งานโมดูลตรวจจับชุดแรกในปี 2028 [ 58 ]ในเดือนเมษายน 2026 โครงการก่อสร้างใต้ดินได้รับรางวัลโครงการแห่งปีจากสมาคมก่อสร้างใต้ดิน เพื่อเป็นการยอมรับความสำเร็จในการดำเนินการขุดค้น[ 59 ]

  • ลูว์ตัน, โทมัส (13 เมษายน 2565). "โครงการนิวตริโนของสหรัฐฯ ที่ประสบปัญหาเผชิญอนาคตที่ไม่แน่นอน—และโอกาสใหม่ๆ" . Scientific American .
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Deep_Underground_Neutrino_Experiment&oldid=1358682010 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก

โครงการ ทดลองนิวตริโนใต้ดินลึก ( DUNE ) เป็น โครงการทดลอง นิวตริโน ที่กำลังก่อสร้างในสหรัฐอเมริกา โดยมีเครื่องตรวจจับระยะใกล้ที่ เฟอร์มิแล็บ รัฐอิลลินอยส์...

โรงงานนิวตริโนฐานยาว

ลำแสงสำหรับ DUNE เรียกว่า "Long Baseline Neutrino Facility" (LBNF) [ 12 ] การออกแบบขั้นสุดท้ายกำหนดให้ลำแสงโปรตอน 2.

การพึ่งพาของ LBNF ต่อโครงการ PIP II

เพื่อให้สามารถส่งโปรตอน 1.2 เมกะวัตต์ไปยัง LBNF ได้จำเป็นต้องดำเนินการ โครงการปรับปรุงโปรตอน ระยะที่สอง ("PIP II") ซึ่งจะเพิ่มการส่งโปรตอนจากห่วงโซ่เครื่องเร่งอนุภาคของเฟอร์มิแล็บขึ้น 60% [ 16 ] ค่าใช้จ่ายในการอัปเกรดเฟอร์มิแล็บนี้ ณ ปี 2022 อยู่ที่ 1.

เครื่องตรวจจับระยะไกล DUNE

การออกแบบเครื่องตรวจจับระยะไกล DUNE นั้นใช้เทคโนโลยี Liquid Argon Time Projection Chamber (LArTPC) ที่ทันสมัย​​เครื่องตรวจจับระยะไกลจะประกอบด้วย อาร์กอน เหลวปริมาตรทั้งหมด 70 กิโลตัน ซึ่งตั้งอยู่ใต้ดินลึก 1.