ПандаХ
| Альтернативные названия | Детектор частиц и астрофизического ксенона |
|---|---|
| Местоположение(а) | Сычуань , КНР |
| Координаты | 28 ° 12' с.ш., 101 ° 42' в.д. / 28,2 ° с.ш., 101,7 ° в.д. |
| Организация | Китайская подземная лаборатория Цзиньпин  |
| Стиль телескопа | детектор частиц |
| Веб-сайт | пандакс |
  Расположение PandaX | |
Детектор частиц и астрофизического ксенона , или PandaX , представляет собой эксперимент по обнаружению темной материи в Китайской подземной лаборатории Цзиньпин (CJPL) в провинции Сычуань , Китай. [1] Эксперимент проводится в самой глубокой подземной лаборатории в мире и является одной из крупнейших в своем роде.
Участники
[ редактировать ]Эксперимент проводится международной командой из примерно 40 ученых во главе с исследователями из китайского Шанхайского университета Цзяо Тонг . [2] Проект начался в 2009 году с участием исследователей из Шанхайского университета Цзяо Тонг, Шаньдунского университета , Шанхайского института прикладной физики ( чж ) и Китайской академии наук . [3] [4] исследователи из Университета Мэриленда , Пекинского университета и Мичиганского университета . Два года спустя к ним присоединились [3] В команду PandaX также входят представители компании Ertan Hydropower Development Company . [5] Ученые из Университета науки и технологий Китая , Китайского института атомной энергии и Университета Сунь Ятсена присоединились к PandaX в 2015 году. [6]
Проектирование и строительство
[ редактировать ]PandaX — это эксперимент прямого обнаружения, состоящий из двухфазного ксенонового детектора с камерой временной проекции (TPC). [1] Использование как жидкой, так и газообразной фаз ксенона, аналогично экспериментам XENON и LUX , позволяет определять местонахождение событий и гамма-излучения . накладывать вето на события [4] Помимо поиска событий темной материи, PandaX предназначен для обнаружения Xe-136 безнейтринного двойного бета-распада . [4]
Лаборатория
[ редактировать ]PandaX расположен в Китайской подземной лаборатории Цзиньпин (CJPL), самой глубокой подземной лаборатории в мире, на глубине более 2400 метров (1,5 мили) под землей. [2] [7] Глубина лаборатории означает, что эксперимент лучше защищен от помех космических лучей , чем аналогичные детекторы, что позволяет легче масштабировать инструмент. [8] Поток мюонов в CJPL составляет 66 событий на квадратный метр в год по сравнению с 950 событиями/м. 2 /год в Сэнфордском подземном исследовательском центре , где проводится эксперимент LUX, и 8030 событий/м2. 2 /год в лаборатории Гран-Сассо в Италии, где находится детектор XENON. [4] Мрамор в Цзиньпине также менее радиоактивен , чем камень в Хоумстейке и Гран-Сассо, что еще больше снижает частоту ложных обнаружений. [4] [7] Вольфганг Лоренцон, исследователь из Мичиганского университета, отметил, что «большим преимуществом является то, что PandaX намного дешевле и ему не нужно столько защитного материала», как аналогичным детекторам. [7]
Эксплуатационные этапы
[ редактировать ]Как и в большинстве случаев низкофоновой физики, эксперимент предполагает создание нескольких поколений детекторов, каждый из которых служит прототипом для следующего. Больший размер обеспечивает большую чувствительность, но это полезно только в том случае, если можно не допустить, чтобы нежелательные «фоновые события» заглушали желаемые; Требуются также еще более строгие ограничения на радиоактивное загрязнение. Уроки, извлеченные в предыдущих поколениях, используются для построения последующих.
Первое поколение, PandaX-I , работало до конца ноября 2014 года. [9] : 15 Он использовал 120 кг (260 фунтов) ксенона (из которых 54 кг (119 фунтов) служили контрольной массой ). [10] : 7, 10 для исследования режима малой массы (<10 ГэВ ) и проверки сигналов темной материи, о которых сообщили другие эксперименты с детекторами. [1] [8] PandaX-I был первым экспериментом с темной материей в Китае, в котором в своем детекторе использовалось более 100 кг ксенона, а его размер уступал только эксперименту LUX в США. [2]
PandaX-II , завершенный в марте 2015 года и в настоящее время находящийся в эксплуатации, использует 500 килограммов (1100 фунтов) ксенона (примерно 300 кг репера). [10] : 24–25 для исследования режима 10–1000 ГэВ. [1] [8] [7] PandaX-II повторно использует щит, внешний сосуд, криогенику, оборудование для очистки и общую инфраструктуру из первой версии, но использует гораздо большую камеру проекции времени, внутренний сосуд более высокой чистоты (гораздо менее радиоактивный). 60 Co ) нержавеющая сталь и криостат . [4] [11]
Стоимость строительства PandaX оценивается в 15 миллионов долларов США , первоначальная стоимость первого этапа — 8 миллионов долларов. [8] [7]
PandaX-II предоставил некоторые предварительные физические результаты в ходе краткого ввода в эксплуатацию в конце 2015 года (с 21 ноября по 14 декабря). [11] до того, как основная физика продлится до 2018 года. [12] : 213 [10] : 24
PandaX-II значительно более чувствителен, чем 100-килограммовый детектор XENON100 и 250-килограммовый детектор LUX . [10] : 25 [12] XENON100 в Италии за три-четыре года до 2014 года продемонстрировал высочайшую чувствительность в широком диапазоне масс вимпов , [3] [8] но его обогнал PandaX-II. [12] : 213 Самые последние результаты по независимому от спина сечению рассеяния нуклонов вимп PandaX-II были опубликованы в 2017 году. [15] В сентябре 2018 года эксперимент XENON1T опубликовал результаты сбора данных за 278,8 дней и установил новый рекорд для упругих взаимодействий вимп-нуклон, независимых от спина. [16]
Следующие этапы PandaX называются PandaX-xT . промежуточная ступень с четырехтонной мишенью ( PandaX-4T В лаборатории второй очереди CJPL-II строится ). Конечная цель — создать детектор темной материи третьего поколения, который будет содержать тридцать тонн ксенона в чувствительной области. [6] В июле 2021 года вышла публикация о поиске темной материи с использованием результатов пускового запуска PandaX-4T. [17] [18]
Первоначальные результаты
[ редактировать ]Большая часть экспериментального оборудования PandaX была перевезена из Шанхайского университета Цзяо Тонг в китайскую подземную лабораторию Цзиньпин в августе 2012 года, а в 2013 году были проведены два инженерных испытания. [3] Первоначальный сбор данных (PandaX-I) начался в мае 2014 года. Результаты этого запуска были опубликованы в сентябре 2014 года в журнале Science China Physics, Mechanics & Astronomy . В ходе первоначального запуска было зарегистрировано около 4 миллионов необработанных событий, из которых около 10 000 находились в ожидаемой энергетической области для вимп темной материи . Из них только 46 событий было зарегистрировано в спокойном внутреннем ядре ксеноновой мишени. Эти события соответствовали фоновому излучению , а не темной материи. Отсутствие наблюдаемого сигнала темной материи в эксперименте PandaX-I накладывает серьезные ограничения на ранее сообщавшиеся сигналы темной материи в аналогичных экспериментах. [2]
Прием
[ редактировать ]Стефан Функ из Национальной ускорительной лаборатории SLAC поставил под сомнение целесообразность проведения множества отдельных экспериментов по прямому обнаружению темной материи в разных странах, отметив, что «тратить все наши деньги на различные эксперименты по прямому обнаружению того не стоит». [8] Сяндун Цзи, представитель PandaX и физик из Шанхайского университета Цзяо Тонг, признает, что международное сообщество вряд ли поддержит более двух многотонных детекторов, но утверждает, что работа многих групп приведет к более быстрому совершенствованию технологий обнаружения. [8] Ричард Гейтскелл, представитель эксперимента LUX и профессор физики Университета Брауна , прокомментировал: «Я рад видеть, как Китай разрабатывает программу фундаментальной физики». [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д «Эксперимент PandaX по темной материи» . Шанхайский университет Цзяо Тонг .
- ^ Jump up to: а б с д «Первые результаты поиска темной материи в китайской подземной лаборатории, в которой проводится эксперимент PandaX-I» . Физика.орг . 30 сентября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Китайские ученые ищут доказательства существования частиц темной материи с помощью нового подземного детектора PandaX» . Физика.орг. 23 июля 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Цзи, Сяндун (5 июня 2013 г.). «PandaX: эксперимент по прямому поиску темной материи в китайской подземной лаборатории Цзиньпин» (PDF) . Шанхайский симпозиум по физике элементарных частиц и космологии, 2013 г. Шанхайский университет Цзяо Тонг.
- ^ «Эксперимент PandaX по темной материи: Команда» . Шанхайский университет Цзяо Тонг .
- ^ Jump up to: а б Цзи, Сяндун (7–11 августа 2017 г.). Поиск темной материи PandaX (PDF) . ТЭВПА 2017 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Стрикленд, Элиза (29 января 2014 г.). «Самый глубокий подземный детектор темной материи запустят в Китае» . IEEE-спектр . IEEE.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Райх, Евгения Сэмюэл (20 февраля 2013 г.). «Охота на темную материю становится глубже» . Природа . 494 (7437). Издательская группа Nature : 291–292. Бибкод : 2013Natur.494..291S . дои : 10.1038/494291а . ПМИД 23426301 .
- ^ Гибони, Карл (15–17 декабря 2014 г.). Результаты и перспективы PandaX (PDF) . 7-й симпозиум по большим ТПК для обнаружения редких событий низкой энергии . Париж.
- ^ Jump up to: а б с д Лю, Цзянлай (7–11 сентября 2015 г.). Эксперимент PandaX и результаты полного воздействия PandaX-I (PDF) . 14-я Международная конференция по проблемам астрочастиц и подземной физики . Турин.
- ^ Jump up to: а б Тан, Энди; и др. (Сотрудничество PandaX-II) (2016). «Результаты поиска темной материи во время запуска PandaX-II». Физ. Преподобный Д. 93 (12): 122009. arXiv : 1602.06563 . Бибкод : 2016ФРвД..93л2009Т . doi : 10.1103/PhysRevD.93.122009 . S2CID 14367942 .
- ^ Jump up to: а б с Лю, Цзянлай; Чен, Сюнь; Цзи, Сяндун (2 марта 2017 г.). «Текущее состояние экспериментов по прямому обнаружению темной материи». Физика природы . 13 (3): 212–216. arXiv : 1709.00688 . Бибкод : 2017NatPh..13..212L . дои : 10.1038/nphys4039 . S2CID 119425199 .
- ^ Мэн, Юэ; Ван, Тао, И; Абдукерим, Бо, Цзихао; Чэнь, Юньхуа; Чэн, Чэн, Цуй, Сянъи (2021-12-23). . «Результаты поиска темной материи по результатам ввода в эксплуатацию PandaX-4T» . Письма о физическом обзоре . . 127 (26): 261802. arXiv : 2107.13438 . Бибкод : 2021PhRvL.127z1802M . doi : 10.1103/PhysRevLett.127.261 . 802. ISSN 0 031-9007 . PMID 35029500. S2CID 236469421 .
- ^ Стивенс, Маррик (23 декабря 2021 г.). «Затягивание сети двух видов темной материи» . Физика . 14 . Бибкод : 2021PhyOJ..14.s164S . дои : 10.1103/Physics.14.s164 . S2CID 247277808 .
- ^ Сотрудничество PandaX-II; Тан, Энди; Сяо, Мэнцзяо; Цуй, Сянъи; Чен, Сюнь; Чен, Юньхуа; Фан, Дэцин; Фу, Чанбо; Гибони, Карл (16 сентября 2016 г.). «Результаты темной материи на основе данных эксперимента PandaX-II за первые 98,7 дней». Письма о физических отзывах . 117 (12): 121303. arXiv : 1607.07400 . Бибкод : 2016PhRvL.117l1303T . дои : 10.1103/PhysRevLett.117.121303 . ПМИД 27689262 . S2CID 31737914 .
- ^ Априле, Э.; и др. (коллаборация XENON) (2018). «Результаты поиска темной материи в результате воздействия XENON1T в течение одной тонны года» . Письма о физических отзывах . 121 (11): 111302. arXiv : 1805.12562 . Бибкод : 2018PhRvL.121k1302A . дои : 10.1103/PhysRevLett.121.111302 . ПМИД 30265108 .
- ^ Мэн, Юэ; Ван, Тао, И; Абдукерим, Бо, Цзихао; Чэнь, Юньхуа; Чэн, Чэн, Цуй, Сянъи (2021-12-23). . «Результаты поиска темной материи по результатам ввода в эксплуатацию PandaX-4T» . Письма о физическом обзоре . . 127 (26): 261802. arXiv : 2107.13438 . Бибкод : 2021PhRvL.127z1802M . doi : 10.1103/PhysRevLett.127.261 . 802. ISSN 0 031-9007 . PMID 35029500. S2CID 236469421 .
- ^ Стивенс, Маррик (23 декабря 2021 г.). «Затягивание сети двух видов темной материи» . Физика . 14 . Бибкод : 2021PhyOJ..14.s164S . дои : 10.1103/Physics.14.s164 . S2CID 247277808 .
