Fast einen Kilometer unter der Erde in South Dakota hat ein Bautrupp aus Fachleuten der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN), des Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) des US-Energiedépartements und des Sanford Underground Research Facility (SURF) mit der Montage riesiger Kryostate begonnen — hermetischer, wärmeisolierter Behälter zur Lagerung von Substanzen bei extrem niedrigen Temperaturen. Diese Konstruktionen werden ein Kernelement des Experiments DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) sein. Die Stahlmontage begann im November; über 2600 rote Träger wurden bereits über den Schacht von der Oberfläche bis in eine Tiefe von 1478 Metern transportiert, um das tragende Grundgerüst der Tanks zu bilden.

Ein Maßstab, der eine Boeing 747 übertrifft

Jedes der künftigen Reservoirs wird 65,8 Meter lang und 18,9 Meter breit sein und etwa 17.000 Tonnen flüssiges Argon fassen, das auf −300 Grad Fahrenheit gekühlt werden soll. Von den Abmessungen her übertreffen die Konstruktionen ein Flugzeug vom Typ Boeing 747, und laut Angaben der Organisatoren übersteigt ihre Höhe sogar das berühmte Hollywood-Sign. Solche gigantischen Ausmaße erklären, warum die Installation in einem eigens vorbereiteten unterirdischen Komplex und nicht an der Oberfläche stattfindet.

Wie das Experiment funktionieren wird

Das Prinzip von DUNE basiert darauf, einen Strahl von Neutrinos — elektrisch neutralen subatomaren Teilchen, die Materie nahezu wechselwirkungsfrei durchdringen können — über eine Entfernung von 1300 Kilometern durch das Erdinnere vom Fermilab-Beschleuniger in Illinois zu unterirdischen Detektoren zu senden. Die erste Strahlmessung erfolgt in der Nähe der Quelle, während ein zweiter Detektor die Veränderungen der Teilchen nach ihrer Reise durch den Planeten erfasst. Der Vergleich dieser beiden Messungen wird es ermöglichen, die fundamentalen Eigenschaften der Materie zu untersuchen und nach Antworten auf die Verletzung der Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie zu suchen.

Die Rolle des CERN und das internationale Team

Erstmals übernimmt das CERN eine derart massive Rolle in einem Projekt außerhalb Europas: Die Organisation stellte über 6200 Tonnen Stahl zur Verfügung und übernahm die Planung, Logistik und Montage der Kryostate. Die Koordination der Arbeiten erfolgt durch ein internationales Team von 1500 Wissenschaftlern, das fünf Labore des US-Energieministeriums zusammen mit der europäischen Organisation vereint. Diese Führungsstruktur unterstreicht den transatlantischen Charakter des Projekts und die Aufteilung der ingenieurtechnischen Aufgaben auf die weltweit führenden Beschleunigerzentren.

Zeitplan bis zum Start des wissenschaftlichen Betriebs

Der Abschluss der Vorbereitungen für den unterirdischen Komplex ist für 2029 geplant, die Installation des Detektorapparats selbst für 2030, und der Start des wissenschaftlichen Hauptbetriebs unter Verwendung des modernisierten PIP-II-Beschleunigers — einem Großprojekt zur Modernisierung des Hauptbeschleunigers von Fermilab — wird für 2031 erwartet. Das Programm ist bis Ende der 2040er Jahre angelegt und wird kontinuierlich Neutrinoströme von der Sonne, Supernovae und kosmischen Strahlen registrieren. Die entstehende Infrastruktur wird Fachleuten eine dauerhafte Arbeitsumgebung bieten und nach Vorstellung der Organisatoren einen langfristigen Durchbruch im Verständnis der Naturgesetze darstellen.