Eine Ablagerung von nahezu reinem Argon, das seit der Entstehung der Erde ungestört geblieben ist, wird Physikern dabei helfen, mehr über das Universum zu verstehen.
Das Urania-Projekt unter der Leitung von Andrew Renshaw, außerordentlicher Professor für Physik der University of Houston am College of Natural Sciences and Mathematics, wird die Installation und Inbetriebnahme einer Struktur im industriellen Maßstab im Südwesten Colorados beaufsichtigen. Gleichzeitig werden Forscher in Sardinien, Italien, eine spezialisierte Verarbeitungsanlage entwerfen und bauen, die nach Colorado verschifft wird.
In der kombinierten Anlage – der in Italien errichteten Aufbereitungsanlage und der vom Urania-Projekt (benannt nach der griechischen Muse der Astronomie) vor Ort errichteten Außenstruktur – wird das Argon extrahiert, gereinigt und an das Laboratorio Nazionale Gran Sasso (LNGS) in Italien geliefert. Dort wird es bei der Suche nach Antworten auf einige der größten Rätsel des Universums verwendet.
Doch bevor das Team zu den Sternen blicken kann, müssen sie zuerst tief ins Innere der Erde vordringen.
Um genau zu sein: Sie müssen sich um die Förderung und Verarbeitung von Argongas kümmern, das in einer Erdgasbohrstelle im Südwesten Colorados gefunden wird, die von Kinder Morgan, einem in Houston ansässigen Bohr- und Pipelineunternehmen, betrieben wird.
„Unsere Anlage wird als Nebenfunktion der Doe Canyon-Anlage von Kinder Morgan bestehen, die im Rahmen ihres Erdgasabbaus bereits CO2 (Kohlendioxid) aus dem Erdmantel zieht“, sagte Renshaw.
„In diesem CO2-Strom, der aus diesen tiefen unterirdischen Bohrlöchern von Kinder Morgan kommt, ist eine kleine Menge Argon mit geringer Radioaktivität enthalten, das zu einem Nebenprodukt bei ihrer Produktion von Erdgas wird, aber ein Werkzeug ist, das wir nutzen können. Das ist interessant, weil die niedrige radioaktives Argon kann ein großer Gewinn für unsere Forschung sein, da es ein sehr schönes Element ist, um es in einem Teilchendetektor mit niedrigem Hintergrund zu verwenden.“
Letztendlich wird das Argon am Standort von Kinder Morgan vom Kohlendioxid getrennt, dann in speziell für dieses Projekt konstruierten Hochdruckzylindern nach Sardinien verschifft, wo es weiterverarbeitet und schließlich zum Einbringen in den unterirdischen Detektor, genannt LNGS, verschifft wird DarkSide‑20k.
„Sobald das Argon verflüssigt ist, kann es am LNGS-Forschungsstandort verwendet werden, um Partikel anhand ihrer Wechselwirkung mit dem flüssigen Argon zu erkennen“, sagte Renshaw. Durch diese Studien hofft das Team, Beweise für die dunkle Materie des Universums zusammenzufügen und die Fähigkeit zu erlangen, Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen nachzuweisen.
Argon (abgekürzt Ar) – farblos, geruchlos, geschmacklos – wird ganz rechts im Periodensystem zusammen mit den anderen fünf „Edelgasen“ aufgeführt (was bedeutet, dass sie inert oder chemisch nahezu nicht reaktiv sind). Als eines der häufigsten Elemente der Erde kommt Argon fast überall vor. Wissenschaftler können es leicht aus der Atmosphäre ernten.
Warum also ist dieses spezifische Argon in Colorado so wichtig für das Urania-Projekt und das DarkSide-20k-Experiment in Italien?
„Weil es fast zu 100 % aus Argon-40 besteht, das seit der Entstehung der Erde tief unter der Erde geschützt wurde“, erklärte Renshaw.
„Während der gleichen Zeitspanne wurde das Argon der Atmosphäre ständig von kosmischer Strahlung bombardiert und mit Argon-39 beladen, das dann durch Beta-Emission zerfällt und die Signale des DarkSide-20k-Teilchendetektors trüben kann. Das bedeutet, dass das Argon extrahiert wurde Tief unter der Erde in Colorado kann DarkSide-20k mit fast 100 % reinem Argon-40 gefüllt werden, was die Gesamthintergrundrate des Detektors stark reduziert und die Durchführung vieler Empfindlichkeitsstudien ermöglicht.
Was die Forscher mit dem Teilchendetektor DarkSide-20k (der voraussichtlich ab 2025 für ein Jahrzehnt in Betrieb sein wird) zu enthüllen hoffen, sind Anzeichen für dunkle Materie im Universum – was sie ist, wie sie sich verhält und warum sie existiert. Mit anderen Worten, sie hoffen, Licht in eines der dunkelsten Geheimnisse des Kosmos zu bringen.