Jump to content

СЕРДЦЕ

Координаты : 42 ° 27' с.ш., 13 ° 34' в.д.  /  42,450 ° с.ш., 13,567 ° в.д.  / 42,450; 13 567
Эксперимент CUORE открылся 23 октября 2017 г.

42 ° 27' с.ш., 13 ° 34' в.д.  /  42,450 ° с.ш., 13,567 ° в.д.  / 42,450; 13 567

Строящийся криостат CUORE в октябре 2014 г.

Криогенная подземная обсерватория редких событий ( CUORE ) — также cuore ( по-итальянски «сердце»; [ˈkwɔːre] ) — это центр физики элементарных частиц , расположенный под землей в Лаборатории Национали дель Гран Сассо в Ассерджи, Италия . [1] [2] CUORE был разработан в первую очередь для поиска безнейтринного двойного бета-распада в 130 Те, процесс, который никогда не наблюдался. [3] Он использует кристаллы диоксида теллура (TeO 2 ) как источник распада и как болометры для обнаружения образующихся электронов. CUORE ищет характерный сигнал безнейтринного двойного бета-распада, небольшой пик в наблюдаемом энергетическом спектре вблизи известной энергии распада; для 130 Те, это Q = 2527,518 ± 0,013 кэВ. [4] CUORE также может искать сигналы от кандидатов в темную материю , таких как аксионы и вимпы . [1]

Наблюдение безнейтринного двойного бета-распада убедительно показало бы, что нейтрино являются майорановскими фермионами ; то есть они являются своими собственными античастицами. [5] Это актуально для многих тем физики элементарных частиц, включая сохранение лептонного числа , структуру ядра , а также нейтрино массы и свойства .

В коллаборации CUORE участвуют физики из нескольких стран, в первую очередь из США и Италии . [6] CUORE финансируется Национальным институтом ядерной физики Италии, Министерством энергетики США и Национальным научным фондом США.

В сентябре 2014 года в рамках испытаний холодильника разбавления CUORE ученые коллаборации CUORE охладили медный сосуд объемом один кубический метр до 6 мК (0,006 К, −273,144 °С) за 15 дней, установив рекорд для самой низкой температуры во Вселенной в таком большом непрерывном объеме. [5] [7] [8] [9]

Детекторы

[ редактировать ]

Детекторы CUORE представляют собой TeO 2 , кристаллы используемые в качестве болометров с низкой теплоемкостью , расположенные в башнях и охлажденные в большом криостате примерно до 10 мК с помощью холодильника разбавления . Детекторы изолированы от фоновых тепловых, электромагнитных и других частиц окружающей среды с помощью сверхчистой защиты с низкой радиоактивностью. Температурные скачки электронов, испускаемых при двойном бета-распаде Те, собираются для спектрального анализа. Детекторы калибруются с использованием 232 Th , первый элемент в длинной цепочке распада , включающей несколько заметных гамма-лучей с энергией до 2615 кэВ.

При строительстве CUORE коллаборация следовала нескольким процедурам, чтобы минимизировать радиоактивное загрязнение , которое может привести к тому, что детекторы будут регистрировать фоновые события при энергиях, близких к энергии, выделяющейся при безнейтринном двойном бета-распаде. Кристаллы были выращены Шанхайским институтом керамики Китайской академии наук с соблюдением строгих требований к радиочистоте. [10] Кристаллы удерживаются на месте с помощью из ПТФЭ опоры в башнях, изготовленных из бескислородной меди с высокой теплопроводностью и собранных в атмосфере азота внутри перчаточных боксов в чистых помещениях . медь, свинец, древний низкорадиоактивный римский свинец и борированный полиэтилен Для защиты детекторов используются . Алгоритмы совпадений также используются для отклонения событий, которые вызвали срабатывание нескольких каналов, например, вызванных входящим мюоном космических лучей или гамма-лучами, которые Комптон рассеивает в нескольких кристаллах. [11]

Куоричино была первой крупномасштабной болометрической башней, использовавшейся для поиска редких событий, и эксплуатировалась с 2003 по 2008 год. В ней было 62 кристалла TeO 2 (11 кг 130 Te), причем некоторые кристаллы обогащены 130 Те и другие с естественным содержанием изотопов, а также кристаллы немного большего и меньшего размера. [12] По конструкции башня была похожа на башню КУОРЕ и была покрыта медью, свинцом и римским свинцом. Куоричино работал при температуре около 8 мК в холодильнике с относительно небольшим разбавлением. [13]

Используя результаты Куоричино, были окончательно определены детали детекторных башен CUORE и установлена ​​последовательность сборки для строительства этих 19 башен. [13] CUORE-0 была первой детекторной башней, произведенной на этой сборочной линии. Он содержал 52 улучшенных кристалла TeO 2 в медной башне с большей чистотой поверхности и значительно меньшим количеством радона и других загрязнений. [14] Он эксплуатировался в криостате Куоричино с 2013 по 2015 год в качестве первого испытания новых процедур сборки CUORE после завершения сборки башен CUORE. [15]

CUORE — это увеличенная версия CUORE-0, размещенная в новом специально изготовленном криостате, способном поддерживать детектор массой около одной тонны. Содержит 988 штук размером 5×5×5 см. 3 кристаллов, с 741 кг TeO 2 (206 кг 130 Те). Новый криостат изготовлен из чрезвычайно радиочистых материалов. [16] а для защиты детекторов используется большой древнеримский свинцовый щит. [17] Снаружи криостата имеется восьмиугольный экран массой 73 тонны, изготовленный из свинца и борированного полиэтилена, для уменьшения количества гамма-лучей и нейтронов из окружающей среды, попадающих в детектор. [16] Благодаря большому количеству дискретных детекторов мюоны космических лучей можно легко исключить, отклонив события, происходящие одновременно в нескольких детекторах. [11]

Башни CUORE были установлены в криостате в августе 2016 года. [18] сбор данных с помощью CUORE начался в мае 2017 года.

Результаты

[ редактировать ]

Куоричино взял данные за период с апреля 2003 г. по июнь 2008 г. Окончательные результаты получены при использовании 19,75 кг·год 130 Воздействие устанавливает ведущие в мире 90%-ные ограничения на 130 Te 0νββ период полураспада T  
½
 
> 2,8 × 10 24 год, с фоном 0,18 ± 0,01/(кэВ·кг·год) вблизи энергии распада 0νββ. [19] Также были установлены пределы массы аксионов, что согласуется с другими экспериментами. [20]

Первая статья с подробным описанием первоначальных характеристик CUORE-0 была опубликована в августе 2014 года с использованием данных, полученных с марта по сентябрь 2013 года, с экспозицией 7,1 кг·год, демонстрирующая фоновое уменьшение в 6 раз по сравнению с CUORICINO и энергетическое разрешение 5,7 кэВ. [14] Ограничение на 0νββ было представлено в апреле 2015 года, объединив 9,8 кг·год воздействия CUORE-0 с воздействием Куоричино, чтобы установить новый предел T   0ν.
½
 
> 4,0×10 24 . [21]

CUORE имеет целевую фоновую величину 0,01·импульсов/(кэВ·кг·год) в интересующей области 0νββ с целевым энергетическим разрешением 5,0 кэВ. По оценкам, через пять лет CUORE будет иметь 90% чувствительность периода полувыведения CL к 0νββ, равную 9,5 × 10. 25 год, а эффективная майорановская массовая чувствительность нейтрино составляет 0,05–0,13 эВ (в зависимости от используемых элементов ядерной матрицы). [16]

Первые результаты полного эксперимента CUORE были опубликованы в 2018 году, не обнаружив никаких доказательств безнейтринного двойного бета-распада, устанавливающего байесовский нижний предел 90% ДИ для времени жизни годы. [22] В 2020 и 2022 годах были установлены новые лимиты [23] и [24] [25] лет на том же уровне достоверности.

Исследования и разработки

[ редактировать ]

CUPID — это « C UORE обновление с P -изделия» идентификацией , проект исследований и разработок детектора CUORE. [26] Несколько исследовательских групп по всему миру работают над разработкой материалов для этой модернизации. [27] Целью CUPID является использование новых материалов детекторов в том же криостате, что и CUORE.

ABSuRD это поверхности детектора CUORE для фоновой научно-исследовательский проект «Детектор отражения » . Целью проекта является разработка сцинтилляционного болометра, способного блокировать ионизирующее фоновое излучение. [28]

  1. ^ Jump up to: а б Арнабольди, К.; и др. (Сотрудничество CUORE) (2004). «CUORE: криогенная подземная обсерватория редких событий». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях . Секция А. 518 (3): 775–798. arXiv : hep-ex/0212053 . Бибкод : 2004NIMPA.518..775A . дои : 10.1016/j.nima.2003.07.067 . S2CID   15312986 .
  2. ^ Боргино, Дарио (31 марта 2018 г.). « Эксперимент «CUORE» направлен на то, чтобы проникнуть в суть материи – и антиматерии» . NewAtlas.com . Проверено 1 апреля 2018 г.
  3. ^ Бирон, Лорен (23 апреля 2015 г.). «Сильнейший холод и кораблекрушение ведут» . Журнал «Симметрия» . Фермилаб/SLAC . Проверено 19 февраля 2016 г.
  4. ^ Редшоу, Мэтью; Маунт, Брианна Дж.; Майерс, Эдмунд Г.; Авиньон, Фрэнк Т. (2009). «Массы 130 Те и 130 Xe и значение Q двойного β-распада 130 Te". Physical Review Letters . 102 (21): 212502. arXiv : 0902.2139 . Бибкод : 2009PhRvL.102u2502R . doi : /PhysRevLett.102.212502 . PMID   19519099. . S2CID   22 254396 10.1103
  5. ^ Jump up to: а б Шелтон, Джим (20 октября 2014 г.). «Системы Йельского университета являются ключом к эксперименту с самым холодным кубическим метром» . Йельские новости . Проверено 10 февраля 2015 г.
  6. ^ СЕРДЦЕ Сотрудничество. «Сердце – учреждения» . Проверено 8 ноября 2013 г.
  7. ^ Грин, Кейт (28 октября 2014 г.). «Создание самого холодного кубического метра во Вселенной» . Информационный центр лаборатории Беркли . Проверено 11 марта 2015 г.
  8. ^ «КУОРЕ: Самое холодное сердце в известной Вселенной» . Пресс-релиз ИНФН . Проверено 21 октября 2014 г.
  9. ^ Уэлле, Джонатан (15 октября 2014 г.). «Самый холодный кубический метр в известной Вселенной». arXiv : 1410.1560 [ physical.ins-det ].
  10. ^ Арнабольди, К.; и др. (Сотрудничество CUORE) (2010). «Получение монокристаллов TeO2 высокой чистоты для исследования безнейтринного двойного бета-распада». Журнал роста кристаллов . 312 (20): 2999–3008. arXiv : 1005.3686 . Бибкод : 2010JCrGr.312.2999A . дои : 10.1016/j.jcrysgro.2010.06.034 . S2CID   98051487 .
  11. ^ Jump up to: а б Беллини, Ф.; Буччи, К.; Капелли, С.; Кремонези, О.; Джирони, Л.; Мартинес, М.; Паван, М.; Томей, К.; Виньяти, М. (2010). «Оценка методом Монте-Карло внешних источников фона, индуцированных гамма-, нейтронами и мюонами, в эксперименте CUORE». Астрофизика частиц . 33 (3): 169–174. arXiv : 0912.0452 . Бибкод : 2010APh....33..169B . doi : 10.1016/j.astropartphys.2010.01.004 .
  12. ^ Андриотти, Э.; и др. (Сотрудничество КУОРИЧИНО) (2011). " 130 Безнейтринный двойной бета-распад с CUORICINO». Astroarticle Physics . 34 (11): 822–831. arXiv : 1012.3266 . Bibcode : 2011APh....34..822A . doi : 10.1016/j.astropartphys.2011.02.002 . S2CID   119185418 .
  13. ^ Jump up to: а б Арнабольди, К.; и др. (Сотрудничество КУОРИЧИНО) (2004). «Первые результаты безнейтринного двойного бета-распада 130 Te с калориметрическим экспериментом CUORICINO» . Physics Letters B. 584 ( 3–4): 260–268. Bibcode : 2004PhLB..584..260A . doi : 10.1016/j.physletb.2004.01.040 .
  14. ^ Jump up to: а б Артуса, ДР; и др. (Сотрудничество CUORE) (2014). «Первоначальное проведение эксперимента CUORE-0» . Европейский физический журнал C . 74 (8): 2956. arXiv : 1402.0922 . Бибкод : 2014EPJC...74.2956A . дои : 10.1140/epjc/s10052-014-2956-6 .
  15. ^ Грин, Кейт (9 апреля 2015 г.). «Эксперимент с ультрахолодными нейтрино: успешная демонстрация» . Проверено 10 апреля 2015 г.
  16. ^ Jump up to: а б с Артуса, ДР; и др. (Сотрудничество CUORE) (2015). «В поисках безнейтринного двойного бета-распада 130 Te с CUORE» . Достижения в области физики высоких энергий . 2015 : 1–13. arXiv : 1402.6072 . doi : 10.1155/2015/879871 .
  17. ^ Носенго, Никола (15 апреля 2010 г.). «Римские слитки для защиты детектора частиц» . Новости природы . дои : 10.1038/news.2010.186 .
  18. ^ Лааш, Рикарда. «CUORE почти готов к первому охлаждению» . Журнал «Симметрия» . Проверено 6 сентября 2016 г.
  19. ^ Э. Андреотти; и др. (Сотрудничество HEART) (2011). " 130 Безнейтринный двойной бета-распад с CUORICINO». Astroarticle Physics . 34 (11): 822–831. arXiv : 1012.3266 . Bibcode : 2011APh....34..822A . doi : 10.1016/j.astropartphys.2011.02.002 . S2CID   119185418 .
  20. ^ Алессандрия, Ф.; и др. (Сотрудничество CUORE) (2013). «Поиск солнечных аксионов с энергией 14,4 кэВ из перехода М1 57 Fe с кристаллами CUORE». Journal of Cosmology and Astroarticle Physics . 2013 (5): 007. arXiv : 1209.2800 . Bibcode : 2013JCAP...05..007C . doi : 10.1088/1475-7516/2013/05/007 . S2CID   55697871 .
  21. ^ Альфонсо, К.; и др. (Сотрудничество CUORE) (2015). «Поиск безнейтринного двойного бета-распада Te 130 с CUORE-0». Письма о физических отзывах . 115 (10): 102502. arXiv : 1504.02454 . Бибкод : 2015PhRvL.115j2502A . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.102502 . ПМИД   26382673 . S2CID   30807808 .
  22. ^ Алдуино, К.; и др. (КУОРЕ) (2018). «Первые результаты CUORE: поиск нарушения лептонного числа посредством распада 0νββ Te130». Письма о физических отзывах . 120 (13): 132501. arXiv : 1710.07988 . doi : 10.1103/PhysRevLett.120.132501 . hdl : 1721.1/114731 . ПМИД   29694201 . S2CID   4309350 .
  23. ^ Адамс, DQ (26 марта 2020 г.). «Улучшенный предел безнейтринного двойного бета-распада в 130Te с помощью CUORE». Письма о физических отзывах . 124 (12): 122501. arXiv : 1912.10966 . Бибкод : 2020PhRvL.124l2501A . doi : 10.1103/PhysRevLett.124.122501 . ПМИД   32281829 . S2CID   209444235 .
  24. ^ Адамс, Д.К.; Алдуино, К.; Альфонсо, К.; Авиньон, штат Форт; Аццолини, О.; Бари, Г.; Беллини, Ф.; Бенато, Г.; Беретта, М.; Биассони, М.; Бранка, А. (апрель 2022 г.). «Поиск майорановских нейтрино с использованием милликельвиновой криогеники с помощью HEART» . Природы . 604 (7904): 53–58. Бибкод : 2022Natur.604...53C . дои : 10.1038/s41586-022-04497-4 . ISSN   1476-4687 . ПМЦ   8986534 . ПМИД   35388194 .
  25. ^ Беккер, Адам (6 апреля 2022 г.). «Команда CUORE устанавливает новые ограничения на странное поведение нейтрино» . Центр новостей . Проверено 8 апреля 2022 г.
  26. ^ Группа интересов КУПИДОН (2015). «КУПИДОН: CUORE (Криогенная подземная обсерватория для редких событий) Модернизация с идентификацией частиц». arXiv : 1504.03599 [ physical.ins-det ].
  27. ^ Группа интересов КУПИДОН (2015). «НИОКР в направлении CUPID (обновление CUORE с идентификацией частиц)». arXiv : 1504.03612 [ physical.ins-det ].
  28. ^ Каноника, Л.; и др. (2013). «Подавление поверхностного фона в тепловых детекторах: проект ABSuRD». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 732 : 286–289. Бибкод : 2013NIMPA.732..286C . дои : 10.1016/j.nima.2013.05.114 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 27bad2441105f3b6f68ffd22e995c5d7__1722847500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/27/d7/27bad2441105f3b6f68ffd22e995c5d7.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
CUORE - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)