Como montar um experimento internacional de física

Em um dia do final de setembro, no prédio alto do Laboratório de Daresbury, no Reino Unido, Jeremiah Holzbauer se deparou com um problema: galões de água de uma chuva durante a noite haviam se acumulado inesperadamente nos bolsões de elevação de um bloco de concreto de 14 toneladas. ele era responsável por ir de Chicago a Daresbury e voltar. Aparentemente, as duas lonas sobrepostas usadas para cobrir a estrutura de transporte personalizada do bloco eram uma defesa insuficiente contra os elementos.

A equipe do Daresbury Lab teve um dia para desmontar a estrutura, examinar sua condição e a condição de sua carga de concreto, depois remontar tudo e enviá-lo de volta para Chicago. Se a chuva tivesse penetrado durante a primeira etapa da viagem, Holzbauer queria ver se isso aconteceria novamente durante o retorno - mas primeiro ele tinha que tirar a água da chuva. Ele não tinha nada em mãos para resgatar o bloco além de um pequeno copo. Então foi isso que ele usou.

Felizmente, e ironicamente, Holzbauer e sua equipe estavam no meio de uma corrida "seca", um teste do sistema de transporte que eles usarão para transportar criomódulos maciços, mas delicados, do Daresbury Lab para o Fermi National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos EUA em um subúrbio de Chicago, nos Estados Unidos. Lá eles serão usados ​​em um novo acelerador de partículas que alimentará um enorme experimento de neutrinos.

O bloco de concreto tinha as dimensões, peso e pontos de montagem de um criomódulo real; cada um tem 10 metros de comprimento e pesa 27.500 libras, ou 12.500 quilos. A equipe estava transportando-o para ver como a estrutura que eles construíram protegeria sua carga de choques, solavancos... e do clima.

Os testes de transporte são apenas uma parte da logística necessária para grandes experimentos internacionais de física de partículas.

Os criomódulos serão usados ​​para construir um novo acelerador de partículas de 215 metros de comprimento no Fermilab como parte do projeto Proton Improvement Plan II, ou PIP-II. Dois tipos diferentes de criomódulos serão fornecidos pelos parceiros do PIP-II no Reino Unido e na França.

O PIP-II é o primeiro acelerador de partículas a ser construído nos EUA com contribuições em espécie significativas de parceiros internacionais. Instituições da França, Índia, Itália e Polônia também estão fornecendo componentes, incluindo cavidades supercondutoras, eletroímãs, fontes de energia de radiofrequência e componentes de criomódulos. Além disso, todas as instituições parceiras contribuem com expertise em design, tecnologia e transporte para o PIP-II.

"Isso é o maior possível", diz Holzbauer, gerente de transporte PIP-II do Fermilab. "Esta é uma ordem de grandeza mais complicada do que a maioria dos outros projetos, logisticamente, porque você está enviando entre a Índia, a UE e o Reino Unido. Os transportes são mais longos, há muito mais etapas de manuseio, as alfândegas são muito mais intensivas e o a diversidade de equipamentos é bastante significativa."

Holzbauer não esperava passar por um exercício de deslocamento de água durante o teste de transporte. Mas ele saberá se proteger quando coordenar a mudança real: ele está substituindo a lona dupla por uma única capa feita sob medida.

Holzbauer lida com o lado da engenharia do transporte, enquanto a logística do dia-a-dia é coordenada pelo gerente de logística da PIP-II no Fermilab, Brian Niesman.

Niesman supervisiona todas as peças PIP-II que entram e saem do laboratório. A maioria dos componentes concluídos chegará ao Fermilab entre 2024 e 2028, mas – conforme exibido pela estrutura de transporte do criomódulo – a equipe do PIP-II já está se preparando realizando testes de transporte para alguns dos componentes maiores e mais incomuns.

O feixe de partículas ativado pelo PIP-II será enviado 800 milhas através da Terra para o Deep Underground Neutrino Experiment, ou DUNE, que compreenderá um enorme detector de 1,5 km de profundidade no Sanford Underground Research Facility, ou SURF, em Dakota do Sul. O DUNE será o experimento de neutrinos mais abrangente do mundo quando começar a operar em 2028. Os cientistas do DUNE usarão dados de colisões de neutrinos para tentar descobrir por que o universo é dominado por matéria, entre outros objetivos científicos.