Просмотр кода страницы PandaX

{{Телескоп}}
'''Детектор частиц и астрофизического ксенона''', или '''PandaX''', представляет собой эксперимент по [[Тёмная материя|обнаружению темной материи]] в [[Цзиньпин (лаборатория)|подземной лаборатории Цзиньпин]] (CJPL) в [[Сычуань|провинции Сычуань]], Китай.<ref name="sjtu_main">{{Cite web|url=https://pandax.sjtu.edu.cn/|title=PandaX Dark Matter Experiment|publisher=[[Shanghai Jiao Tong University]]|access-date=2020-10-01|archive-date=2020-10-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20201010104610/https://pandax.sjtu.edu.cn/|deadlink=no}}</ref> Эксперимент проводится в самой глубокой подземной лаборатории в мире и является одной из крупнейших в своем роде.

== Участники ==
Эксперимент проводится международной командой из примерно 40 ученых под руководством исследователей из китайского [[Шанхайский университет транспорта|Шанхайского университета транспорта]].<ref name="phys.org_sept14">{{Cite web|url=http://phys.org/news/2014-09-dark-results-chinese-underground-lab.html|title=First dark matter search results from Chinese underground lab hosting PandaX-I experiment|date=2014-09-30|publisher=[[Phys.org]]|access-date=2020-10-01|archive-date=2021-01-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20210126194420/https://phys.org/news/2014-09-dark-results-chinese-underground-lab.html|deadlink=no}}</ref> Работа над проектом началась в 2009 году с участием исследователей из Шанхайского университета транспорта, [[Шаньдунский университет|Шаньдунского университета]], [[Шанхайский институт прикладной физики|Шанхайского института прикладной физики]] <small>( [[:zh:中国科学院上海应用物理研究所|zh]] )</small> и [[Китайская академия наук|Китайской академии наук]].<ref name="phys.org_july14">{{Cite web|url=http://phys.org/news/2014-07-chinese-scientists-evidence-dark-particles.html#inlRlv|title=Chinese scientists search for evidence of dark matter particles with new underground PandaX detector|date=2014-07-23|publisher=Phys.org|access-date=2020-10-01|archive-date=2018-06-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20180623141355/https://phys.org/news/2014-07-chinese-scientists-evidence-dark-particles.html#inlRlv|deadlink=no}}</ref> Два года спустя к нам присоединились исследователи из [[Мэрилендский университет в Колледж-Парке|Мэрилендского]], [[Пекинский университет|Пекинского]] и [[Мичиганский университет|Мичиганского университетов]]. В команду PandaX также входят сотрудники компании [[Компания по развитию гидроэнергетики Эртан|Ertan Hydropower Development]].<ref name="sjtu_team">{{Cite web|url=http://pandax.physics.sjtu.edu.cn/team-2/|title=PandaX Dark Matter Experiment: Team|publisher=[[Shanghai Jiao Tong University]]|access-date=2020-10-01|archive-date=2016-11-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20161108040241/http://pandax.physics.sjtu.edu.cn/team-2/|deadlink=no}}</ref> Ученые из [[Научно-технический университет Китая|Научно-технического университета Китая]], [[Китайский институт атомной энергии|Китайского института атомной энергии]] и [[Университет им.Сунь Ятсена|Университета Сунь Ят-Сена]] присоединились к PandaX в 2015 году.

== Проект и конструкция ==
PandaX — это эксперимент по прямому обнаружению, состоящий из двухфазного [[ксенон]]ового детектора с [[Время-проекционная камера|время-проекционной камерой]] (TPC).<ref name="sjtu_main" /> Использование как жидкой, так и газообразной фаз ксенона, аналогично экспериментам с [[XENON (эксперимент)|XENON]] и [[Большой подземный ксеноновый эксперимент|LUX]], позволяет определять местоположение событий и исключать из рассмотрения события [[Гамма-излучение|гамма-излучения]]. Помимо поиска событий темной материи, PandaX предназначен для обнаружения безнейтринного [[Двойной бета-распад|двойного бета-распада]] [[Изотопы ксенона|Xe-136]].

=== Лаборатория ===
PandaX находится в [[Цзиньпин (лаборатория)|Китайской подземной лаборатории Цзиньпин]] (CJPL), самой глубокой подземной лаборатории в мире на глубине более {{Convert|2400|m|mi}} под землей.<ref name="phys.org_sept14" /><ref name="strickland">{{Cite web|url=https://spectrum.ieee.org/aerospace/astrophysics/deepest-underground-darkmatter-detector-to-start-up-in-china|title=Deepest Underground Dark-Matter Detector to Start Up in China|author=Strickland|first=Eliza|website=[[IEEE Spectrum]]|date=2014-01-29|publisher=IEEE|access-date=2020-10-01|archive-date=2020-09-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20200919194918/https://spectrum.ieee.org/aerospace/astrophysics/deepest-underground-darkmatter-detector-to-start-up-in-china|deadlink=no}}</ref> Глубина лаборатории означает, что эксперимент лучше защищен от влияния [[Космические лучи|космических лучей,]] чем аналогичные детекторы, что упрощает масштабирование прибора.<ref name="reich">{{Cite journal|author=Reich|first=Eugenie Samuel|title=Dark-matter hunt gets deep|journal=[[Nature]]|volume=494|issue=7437|pages=291–292|publisher=[[Nature Publishing Group]]|date=2013-02-20|doi=10.1038/494291a|bibcode=2013Natur.494..291S|pmid=23426301}}</ref> [[Мюон]]ный [[Поток векторного поля|поток]] в CJPL составляет 66 событий на квадратный метр в год, по сравнению с 950 с на [[Подземный исследовательский центр Сэнфорда|Sanford Underground Research Facility]], где проводился эксперимент LUX, и 8030 в [[Национальная лаборатория Гран-Сассо|лаборатории Гран-Сассо]] в Италии, где находится детектор XENON. [[Мрамор]] в Цзиньпине также менее радиоактивен, чем камень в [[Хоумстейк]] и Гран-Сассо, что еще больше снижает частоту ложных срабатываний. Вольфганг Лорензон, научный сотрудник из Мичиганского университета, заметил, что «большим преимуществом является то, что PandaX намного дешевле и не требует такого большого количества защитного материала», как аналогичные детекторы.

=== Операционные этапы ===
Как и в большинстве случаев физики с низким уровнем фона, в этом эксперименте создается несколько поколений детекторов, каждое из которых служит прототипом для следующего. Больший размер обеспечивает большую чувствительность, но это полезно только в том случае, если нежелательные «фоновые события» могут не заглушать желаемые; Также требуются еще более строгие ограничения на радиоактивное загрязнение. Уроки, извлеченные предыдущими поколениями, используются для построения последующих.

Первое поколение, PandaX-I, работало до конца ноября 2014 года. {{Rp|15}} Было использовано 120 кг ксенона (из них 54 кг служили [[wiktionary:fiducial|исходной]] массой)  {{Rp|7,10}} для исследования режима малой массы (<10&nbsp;[[Электронвольт|ГэВ]] ) и проверки сигналов темной материи, полученные в результате других экспериментов с детекторами.<ref name="sjtu_main" /><ref name="reich" /> PandaX-I был первым экспериментом с темной материей в Китае, где в детекторе использовалось более 100&nbsp;кг ксенона, а его размер уступал только эксперименту [[Большой подземный ксеноновый эксперимент|LUX]] в США.<ref name="phys.org_sept14" />

PandaX-II, построенный в марте 2015 г. и работающий в настоящее время, использует 500 кг ксенона (примерно 300&nbsp;кг исходной массы)  {{Rp|24–25}}, чтобы исследовать диапазон энергий 10-1000&nbsp;ГэВ.<ref name="sjtu_main" /><ref name="strickland" /><ref name="reich" /> PandaX-II использует экран, внешний сосуд, криогенику, оборудование для очистки и общую инфраструктуру из первой версии, но имеет гораздо большую проекционную камеру, внутренний сосуд из [[Нержавеющая сталь|нержавеющей стали]] более высокой чистоты (гораздо менее загрязнённый радиоактивным [[Кобальт-60|<sup>60</sup>Co]]) и [[криостат]].<ref name="Commissioning">{{Cite journal|title=Dark Matter Search Results from the Commissioning Run of PandaX-II|first=Andi|author=Tan|arxiv=1602.06563|journal=[[Physical Review D|Phys. Rev. D]]|volume=93|issue=12|year=2016|doi=10.1103/PhysRevD.93.122009|bibcode=2016PhRvD..93l2009T}}</ref>

Стоимость строительства PandaX оценивается в 15 миллионов [[Доллар США|долларов]] США, при начальной стоимости 8 миллионов долларов США на первом этапе.<ref name="strickland" /><ref name="reich" />

PandaX-II представил некоторые предварительные физические результаты во время короткого запуска в конце 2015 года (с 21 ноября по 14 декабря) <ref name="Commissioning" /> перед основным запуском, который продолжался до 2018 года.<ref name="Status2017.3">{{Cite journal|title=Current status of direct dark matter detection experiments|first=Jianglai|author=Liu|doi=10.1038/nphys4039|journal=[[Nature Physics]]|date=2017-03-02|volume=13|issue=3|pages=212–216|arxiv=1709.00688|bibcode=2017NatPh..13..212L}}</ref> {{Rp|213}}  {{Rp|24}}

PandaX-II значительно более чувствителен, чем детекторы 100-кг [[XENON (эксперимент)|XENON100]] и 250-кг [[Большой подземный ксеноновый эксперимент|LUX]].  {{Rp|25}} <ref name="Status2017.3" /> XENON100 в [[Италия|Италии]] за три-четыре года до 2014 года показал самую высокую чувствительность в широком диапазоне масс [[Вимп|WIMP]],<ref name="phys.org_july14" /><ref name="reich" /> но PandaX-II превзошёл его.{{R|Status2017.3}}  Самые последние результаты по спин-независимому сечению рассеяния вимп-нуклонов на PandaX-II были опубликованы в 2017 году <ref>{{Cite journal|author=PandaX-II Collaboration|date=2016-09-16|title=Dark Matter Results from First 98.7 Days of Data from the PandaX-II Experiment|journal=Physical Review Letters|volume=117|issue=12|pages=121303|doi=10.1103/PhysRevLett.117.121303|pmid=27689262|bibcode=2016PhRvL.117l1303T|arxiv=1607.07400}}</ref> В сентябре 2018 года эксперимент [[XENON (эксперимент)|XENON1T]] за 278,8 дней сбора данных и установил новый рекордный предел для независимого от спина упругого взаимодействия WIMP-нуклонов.<ref name="Xenon1TSep18">{{Cite journal|author=Aprile|first=E.|year=2018|title=Dark Matter Search Results from a One Ton-Year Exposure of XENON1T|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=121|issue=11|pages=111302|arxiv=1805.12562|doi=10.1103/PhysRevLett.121.111302}}</ref>

Следующие этапы PandaX называются PandaX-xT. Промежуточная ступень с четырехтонной мишенью (PandaX-4T) строится в лаборатории второго этапа CJPL-II. Конечная цель - создать детектор темной материи третьего поколения, который будет содержать тридцать тонн ксенона в чувствительной области.<ref name=":0">{{Cite conference|url=https://tevpa2017.osu.edu/talks/ji.pdf|title=PandaX Dark Matter Search|last=Ji|first=Xiangdong|date=August 7-11, 2017|access-date=2020-10-01|archive-date=2021-01-10|archive-url=https://web.archive.org/web/20210110074327/https://tevpa2017.osu.edu/talks/ji.pdf|url-status=live}}</ref>

== Первые результаты ==
Большая часть экспериментального оборудования PandaX была перевезена из Шанхайского университета транспорта в китайскую подземную лабораторию Цзиньпин в августе 2012 года, а в 2013 году были проведены два инженерно-технических испытания.<ref name="phys.org_july14" /> Первый сбор данных (PandaX-I) начался в мае 2014 года. Результаты этого запуска были опубликованы в сентябре 2014 года в журнале ''[[Китайская академия наук|Science China Physics, Mechanics & Astronomy]]''. В первоначальном прогоне было зарегистрировано около 4 миллионов необработанных событий, из которых около 10 000 находятся в ожидаемой области энергий для темной материи [[Вимп|WIMP]]. Из них только 46 событий были зарегистрированы в тихом внутреннем ядре ксеноновой мишени. Эти события соответствовали [[Фоновое излучение|фоновому излучению]], а не темной материи. Отсутствие наблюдаемого сигнала темной материи в прогоне PandaX-I накладывает серьезные ограничения на ранее сообщаемые сигналы темной материи из аналогичных экспериментов.<ref name="phys.org_sept14" />

== Реакция научного сообщества ==
Стефан Функ из [[Национальная ускорительная лаборатория SLAC|Национальной ускорительной лаборатории SLAC]] подверг сомнению целесообразность проведения множества отдельных экспериментов по прямому обнаружению темной материи в разных странах, комментируя, что «тратить все наши деньги на различные эксперименты по прямому обнаружению не стоит».<ref name="reich" /> 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 наличие множества работающих групп приведет к более быстрому совершенствованию технологии обнаружения. Ричард Гайтскелл, представитель эксперимента LUX и профессор физики в [[Брауновский университет|Университете Брауна]], прокомментировал: «Я очень рад видеть, что Китай разрабатывает программу фундаментальной физики».<ref name="strickland" />

== Ссылки ==
{{Примечания}}

[[Категория:Экспериментальная физика]]
[[Категория:Тёмная материя]]
[[Категория:Астрофизика]]
[[Категория:Физика элементарных частиц]]
[[Категория:Нейтрино]]
[[Категория:Эксперименты в физике элементарных частиц]]