ПИКО

PICO — это эксперимент по поиску прямых доказательств существования темной материи с использованием пузырьковой камеры из хлорфторуглерода ( фреона ) в качестве активной массы. Он расположен в SNOLAB в Канаде.

Он образовался в 2013 году в результате слияния двух схожих экспериментов, PICASSO и COUPP . ^[1]^[2]

ПИКАССО ( In Projet CA ndidats nada для суперсимметричных поиска объектов d' , или dentification I , de CA Supersymétriques , Проект SO mbres на французском языке) был международным сотрудничеством с представителями Университета Монреаля Королевского университета Индиана . Университет Саут-Бенд и Чешский технический университет в Праге , Университет Альберты , Лаврентийский университет и БТИ, Чок-Ривер, Онтарио. ПИКАССО был преимущественно чувствителен к спин -зависимым взаимодействиям слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP) с фтора атомами .

COUPP ( Чикаголандская ) представляла обсерватория подземной представители собой физики университета Фермилаборатории аналогичный проект, в котором участвовали Чикагского , и Университета Индианы . Прототипы были испытаны в дальнем зале эксперимента MINOS , а масштабный эксперимент также проводился в SNOLAB. использовался трифториодометан (CF ₃ В качестве среды I).

Принцип

Детектор пузырьков — это радиационно-чувствительное устройство, в котором используются маленькие капли перегретой жидкости, взвешенные в гелевой матрице. ^[3] В нем используется принцип пузырьковой камеры , но поскольку только маленькие капли могут одновременно подвергаться фазовому переходу, детектор может оставаться активным в течение гораздо более длительных периодов времени, чем классическая пузырьковая камера. Когда в капле выделяется достаточно энергии за счет ионизирующего излучения, перегретая капля претерпевает фазовый переход и становится газовым пузырем. Детекторы PICASSO содержат капли фреона средним диаметром 200 мкм . Развитие пузырька в детекторе сопровождается акустической ударной волной, улавливаемой пьезоэлектрическими датчиками. Основное преимущество метода пузырькового детектора состоит в том, что детектор практически нечувствителен к фоновому излучению . Чувствительность детектора можно регулировать, изменяя температуру капель. Детекторы с фреоном обычно работают при температуре 15–55 ° C (60–130 ° F).

Обоснованность концепции детектора пузырьков была показана в нескольких публикациях. ^[4] В Европе есть еще один подобный эксперимент с использованием этой техники под названием SIMPLE .

ПИКАССО

Эксперимент ПИКАССО проводился в СНОЛАБ. У него было два научных запуска: сначала с двумя (результаты опубликованы в 2009 году), а затем с 10 (результаты опубликованы в 2012 году) детекторными элементами. Окончательная конфигурация детектора имела 32 детекторных элемента (результаты не опубликованы). Он не обнаружил никаких сигналов темной материи.

КУПП

Коллаборация COUPP эксплуатировала пузырьковую камеру в Фермилабе в 2011-2012 гг. Частицы из луча ускорителя частиц были запущены в камеру, чтобы оценить технологию обнаружения темной материи.

Коллаборация COUPP эксплуатировала пузырьковую камеру с 3,5 кг CF ₃ I в подземной зоне MINOS в Фермилабе. Результаты были опубликованы в январе 2011 года. Коллаборация COUPP также эксплуатировала ту же пузырьковую камеру с 4 кг CF ₃ I в SNOLAB с сентября 2010 года по август 2011 года. Результаты SNOLAB (также называемые COUPP-4 кг) были опубликованы в 2012 году. Никакой темной материи был обнаружен.

Результаты ПИКАССО и КУПП

ПИКАССО сообщает о результатах (ноябрь 2009 г.) спин-зависимых взаимодействий вимпов на ¹⁹Ф. Никакого сигнала темной материи обнаружено не было, но для вимпов с массой 24 ГэВ/ с ² были получены новые строгие ограничения на спин-зависимое сечение рассеяния вимпа на ¹⁹F 13,9 пб (90% CL ). Этот результат был преобразован в предел сечения для взаимодействий вимпа на протонах, равный 0,16 пб (90% CL). Полученные пределы ограничивают недавние интерпретации эффекта годовой модуляции DAMA/LIBRA с точки зрения спин-зависимых взаимодействий. ^[5]

Новые результаты были опубликованы в мае 2012 года с использованием 10 детекторов с общей экспозицией 14 кг·сут для ограничения взаимодействия вимпов малой массы на ¹⁹Ф. ^[6] Наилучшие спин-зависимые пределы были получены для энергии 20 ГэВ/с. ² Масса вимпа: 0,032 пб (90% CL) для сечения протона. Для спин-независимой области малых масс вблизи 7 ГэВ сечение области: 1,41 × 10 ⁻⁴ верхний предел pb (90% CL)

ПИКО

Проект PICO начался после слияния групп PICASSO и COUPP в 2013 году. Эксперимент PICO расположен в SNOLAB , Канада, в шахте на глубине 2 км. По состоянию на 2018 год коллаборация PICO провела в SNOLAB два эксперимента: пузырьковую камеру под названием PICO-2L и камеру под названием PICO-60 (ранее называвшуюся COUPP-60), где цифры 2 и 60 относятся к объему (в литрах). целевого материала в каждой камере. В качестве целевого материала использовался C ₃ F ₈ . Более крупная версия эксперимента планируется на 2018 год. Целевой объем более крупной версии будет составлять 250–500 литров (называемый PICO-250 или PICO-500 соответственно). ^[7]

PICO-2L: PICO-2L была первой пузырьковой камерой, которая начала работу в октябре 2013 года. Ее научные запуски проходили с октября 2013 года по май 2014 года (научный запуск 1) и с февраля 2015 года по ноябрь 2015 года (научный запуск 2). ПИКО-2Л выведен из эксплуатации в 2016 году.

ПИКО-60: ПИКО-60 последовал за ПИКО-2L. Сбор данных начался в 2013 году, и этот первый научный эксперимент продолжался до мая 2014 года. Для этого первого запуска детектор был заполнен CF ₃ I , и детектор использовал только около половины своей мощности в пересчете на активный объем (активный объем составлял 25 литры). После этого первоначального запуска детектор был отремонтирован, целевой материал был заменен на C ₃ F ₈ и активный объем был увеличен до полной емкости (53 литра). Реконструкционные работы были завершены, и летом 2016 года начался второй научный запуск. Второй научный запуск завершился летом 2017 года, после чего ПИКО-60 был выведен из эксплуатации.

PICO-40L: Экспериментальная станция PICO-60 используется для новой пузырьковой камеры под названием PICO-40L. PICO-40L — это новый тип пузырьковой камеры, техническая конструкция которой исключает необходимость использования буферной жидкости, которая является источником шума измерений. Строительство PICO-40L началось в СНОЛАБ в 2019 году и завершилось в 2020 году. В настоящее время новые системы детектора вводятся в эксплуатацию. ^[8]

PICO-500L: PICO-500 — это детектор следующего поколения, в основе которого лежит принцип, продемонстрированный PICO-2L, -60 и -40L. Увеличенный детектор будет иметь активный объем около 250 литров и будет использовать сосуд из синтетического кварца, как и до него PICO-2L, PICO-60 и PICO-40L. Коллаборация PICO в настоящее время работает над окончательным проектом конструкции PICO-500, уделяя особое внимание внутреннему резервуару и сосуду под давлением. PICO планирует использовать PICO-500 с C ₃ F _8, чтобы достичь ведущей в мире чувствительности к связи темной материи с обычной материей через ее вращение. Эксперимент получил полное финансирование от CFI и канадских провинций. Компания SNOLAB утвердила концептуальный проект эксперимента и выделила место в подземном помещении для PICO-500 в зоне кубического зала лаборатории. ^[9]

Коллаборация PICO также имеет ряд пузырьковых камер, используемых для целей калибровки (не для обнаружения темной материи), таких как CIRTE (COUPP Iodine Recoil Efficiency) и камеры PICO-0.1.

Ссылки

^ «ПИКО» . СНОЛАБ . Проверено 1 декабря 2015 г.
^ «ПИКО/ПИКАССО» . Институт физики элементарных частиц . Проверено 2 декабря 2015 г. Коллаборации PICASSO и COUPP объединились в 2013 году и образовали коллаборацию PICO.
^ «Детектор пузырьков» . Архивировано из оригинала 20 марта 2008 г. Проверено 23 декабря 2008 г.
^ "Вдохновлять" .
^ С. Аршамбо; и др. (Сотрудничество ПИКАССО) (2009). «Спин-зависимые пределы темной материи для взаимодействий вимпов на ¹⁹F от ПИКАССО». Physics Letters B. 682 ( 2): 185–92. arXiv : 0907.0307 . Bibcode : 2009PhLB..682..185A . doi : 10.1016/j.physletb.2009.11.019 . S2CID 15163629 .
^ Коллаборация ПИКАССО (3 мая 2012 г.). «Ограничения на взаимодействия вимпов малой массы на ¹⁹F от ПИКАССО». Physics Letters B. 711 ( 2): 153–161. arXiv : 1202.1240 . Bibcode : 2012PhLB..711..153A . doi : 10.1016/j.physletb.2012.03.078 . S2CID 4285716 .
^ «Эксперимент по поиску темной материи PICO» .
^ «ПИКО-40Л – Эксперимент ПИКО» . Проверено 22 февраля 2022 г.
^ «ПИКО-500 – Эксперимент ПИКО» . Проверено 22 февраля 2022 г.

Дальнейшее чтение

В. Зацек (2007). «Темная материя». стр. 170–206. arXiv : 0707.0472 . дои : 10.1142/9789812776105_0007 . ISBN 978-981-277-609-9 . S2CID 16734425 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помощь ) ; Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

Внешние ссылки

Сайт эксперимента PICO
Сайт эксперимента ПИКАССО (исторический)
Сайт эксперимента COUPP (исторический)

[1] «ПИКО» . СНОЛАБ . Проверено 1 декабря 2015 г.

[2] «ПИКО/ПИКАССО» . Институт физики элементарных частиц . Проверено 2 декабря 2015 г. Коллаборации PICASSO и COUPP объединились в 2013 году и образовали коллаборацию PICO.

[3] «Детектор пузырьков» . Архивировано из оригинала 20 марта 2008 г. Проверено 23 декабря 2008 г.

[4] "Вдохновлять" .

[5] С. Аршамбо; и др. (Сотрудничество ПИКАССО) (2009). «Спин-зависимые пределы темной материи для взаимодействий вимпов на ¹⁹F от ПИКАССО». Physics Letters B. 682 ( 2): 185–92. arXiv : 0907.0307 . Bibcode : 2009PhLB..682..185A . doi : 10.1016/j.physletb.2009.11.019 . S2CID 15163629 .

[6] Коллаборация ПИКАССО (3 мая 2012 г.). «Ограничения на взаимодействия вимпов малой массы на ¹⁹F от ПИКАССО». Physics Letters B. 711 ( 2): 153–161. arXiv : 1202.1240 . Bibcode : 2012PhLB..711..153A . doi : 10.1016/j.physletb.2012.03.078 . S2CID 4285716 .

[7] «Эксперимент по поиску темной материи PICO» .

[8] «ПИКО-40Л – Эксперимент ПИКО» . Проверено 22 февраля 2022 г.

[9] «ПИКО-500 – Эксперимент ПИКО» . Проверено 22 февраля 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]