Les neutrinos sont extrêmement abondants mais ils n'interagissent que très peu avec la matière. Les détecteurs doivent donc être très grands et très précis. Ainsi l'expérience DUNE utilisera-t-elle quatre modules totalisant 70.000 tonnes d'argon. De très rares neutrinos interagiront avec les atomes d'argon en produisant des électrons, qui seront détectés in situ, dans une « chambre à projection temporelle ». Celle-ci permet de reconstruire précisément la trajectoire des particules, de les identifier et de mesurer leur dépôt d'énergie.
ProtoDUNE vise à préparer le passage à l'échelle hors norme de DUNE avec un volume d'argon intermédiaire. Le premier prototype, mis en service en 2018, utilise la technique éprouvée « monophase », qui sera mise en œuvre pour le premier module de DUNE. Le second, appelé ProtoDUNE-DP (double phase), présente une couche d'argon gazeux, située au-dessus du liquide. Cette innovation permet d'amplifier le signal par rapport à une détection dans le liquide et donc, d'augmenter la sensibilité de l'expérience. Un atout important pour détecter des neutrinos provenant de supernovæ. La résolution spatiale sera également meilleure. Dernier avantage : les composants électroniques, situés dans le gaz en partie haute du détecteur, resteront accessibles une fois le détecteur rempli d'argon liquide.
De la taille d'une maison de trois étages, le prototype ProtoDUNE-DP double phase a enregistré ses premières traces de particules en août 2019. Il collecte actuellement des rayons cosmiques puis recevra à partir de 2021, à la fin du long arrêt technique du LHC (Large Hadron Collider), un faisceau de particules créé par le super-synchrotron à protons du Cern.
DUNE sera composé d'un détecteur proche de la source de neutrinos (l'accélérateur de protons du Fermilab, près de Chicago) et d'un autre, distant de 1.300 kilomètres, dans le laboratoire souterrain Sanford, dans le Dakota du sud, sous 1600 mètres de roches.
Les équipes françaises CEA et CNRS sont impliquées dans l'ensemble des points clés technologiques de ProtoDUNE-DP, en particulier la détection dans la phase gazeuse pour ce qui concerne l'Irfu. La collaboration DUNE compte plus de 1.000 scientifiques et ingénieurs de plus de 30 pays.