28°12′ с. ш. 101°42′ в. д.HGЯO

PandaX

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
PandaX
Тип детектор частиц
Координаты 28°12′ с. ш. 101°42′ в. д.HGЯO
Дата открытия 2009
Сайт pandax.sjtu.edu.cn

Детектор частиц и астрофизического ксенона, или PandaX, представляет собой эксперимент по обнаружению темной материи в 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

[править | править код]

Эксперимент проводится международной командой из примерно 40 ученых под руководством исследователей из китайского Шанхайского университета транспорта.[2] Работа над проектом началась в 2009 году с участием исследователей из Шанхайского университета транспорта, Шаньдунского университета, Шанхайского института прикладной физики ( zh ) и Китайской академии наук.[3] Два года спустя к нам присоединились исследователи из Мэрилендского, Пекинского и Мичиганского университетов. В команду PandaX также входят сотрудники компании Ertan Hydropower Development.[4] Ученые из Научно-технического университета Китая, Китайского института атомной энергии и Университета Сунь Ят-Сена присоединились к PandaX в 2015 году.

Проект и конструкция

[править | править код]

PandaX — это эксперимент по прямому обнаружению, состоящий из двухфазного ксенонового детектора с время-проекционной камерой (TPC).[1] Использование как жидкой, так и газообразной фаз ксенона, аналогично экспериментам с XENON и LUX, позволяет определять местоположение событий и исключать из рассмотрения события гамма-излучения. Помимо поиска событий темной материи, PandaX предназначен для обнаружения безнейтринного двойного бета-распада Xe-136.

Лаборатория

[править | править код]

PandaX находится в Китайской подземной лаборатории Цзиньпин (CJPL), самой глубокой подземной лаборатории в мире на глубине более 2400 метров (1,5 миль) под землей.[2][5] Глубина лаборатории означает, что эксперимент лучше защищен от влияния космических лучей, чем аналогичные детекторы, что упрощает масштабирование прибора.[6] Мюонный поток в CJPL составляет 66 событий на квадратный метр в год, по сравнению с 950 с на Sanford Underground Research Facility, где проводился эксперимент LUX, и 8030 в 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

[править | править код]

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. :15 Было использовано 120 кг ксенона (из них 54 кг служили исходной массой) :7,10 для исследования режима малой массы (<10 ГэВ ) и проверки сигналов темной материи, полученные в результате других экспериментов с детекторами.[1][6] PandaX-I был первым экспериментом с темной материей в Китае, где в детекторе использовалось более 100 кг ксенона, а его размер уступал только эксперименту LUX в США.[2]

PandaX-II, построенный в марте 2015 г. и работающий в настоящее время, использует 500 кг ксенона (примерно 300 кг исходной массы) :24–25, чтобы исследовать диапазон энергий 10-1000 ГэВ.[1][5][6] 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 нержавеющей стали более высокой чистоты (гораздо менее загрязнённый радиоактивным 60Co) и криостат.[7]

Стоимость строительства PandaX оценивается в 15 миллионов долларов США, при начальной стоимости 8 миллионов долларов США на первом этапе.[5][6]

PandaX-II представил некоторые предварительные физические результаты во время короткого запуска в конце 2015 года (с 21 ноября по 14 декабря) [7] перед основным запуском, который продолжался до 2018 года.[8] :213 :24

PandaX-II значительно более чувствителен, чем детекторы 100-кг XENON100 и 250-кг LUX. :25 [8] XENON100 в Италии за три-четыре года до 2014 года показал самую высокую чувствительность в широком диапазоне масс WIMP,[3][6] но PandaX-II превзошёл его.[8] Самые последние результаты по спин-независимому сечению рассеяния вимп-нуклонов на PandaX-II были опубликованы в 2017 году [9] В сентябре 2018 года эксперимент XENON1T за 278,8 дней сбора данных и установил новый рекордный предел для независимого от спина упругого взаимодействия WIMP-нуклонов.[10]

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.[11]

Первые результаты

[править | править код]

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.[3] Первый 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 первоначальном прогоне было зарегистрировано около 4 миллионов необработанных событий, из которых около 10 000 находятся в ожидаемой области энергий для темной материи WIMP. Из них только 46 событий были зарегистрированы в тихом внутреннем ядре ксеноновой мишени. Эти события соответствовали 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.[2]

Реакция научного сообщества

[править | править код]

Стефан Функ из 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».[6] 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 Университете Брауна, прокомментировал: «Я очень рад видеть, что Китай разрабатывает программу фундаментальной физики».[5]

Ссылки

[править | править код]
  1. ↑ 1 2 3 4 PandaX Dark Matter Experiment. Shanghai Jiao Tong University. Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано 10 октября 2020 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 First dark matter search results from Chinese underground lab hosting PandaX-I experiment. Phys.org (30 сентября 2014). Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано 26 января 2021 года.
  3. ↑ 1 2 3 Chinese scientists search for evidence of dark matter particles with new underground PandaX detector. Phys.org (23 июля 2014). Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано 23 июня 2018 года.
  4. ↑ PandaX Dark Matter Experiment: Team. Shanghai Jiao Tong University. Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано 8 ноября 2016 года.
  5. ↑ 1 2 3 4 Strickland. Deepest Underground Dark-Matter Detector to Start Up in China. IEEE Spectrum. IEEE (29 января 2014). Дата обращения: 1 октября 2020. Архивировано 19 сентября 2020 года.
  6. ↑ 1 2 3 4 5 6 Reich, Eugenie Samuel (2013-02-20). "Dark-matter hunt gets deep". Nature. 494 (7437). Nature Publishing Group: 291—292. Bibcode:2013Natur.494..291S. doi:10.1038/494291a. PMID 23426301.
  7. ↑ 1 2 Tan, Andi (2016). "Dark Matter Search Results from the Commissioning Run of PandaX-II". Phys. Rev. D. 93 (12). arXiv:1602.06563. Bibcode:2016PhRvD..93l2009T. doi:10.1103/PhysRevD.93.122009.
  8. ↑ 1 2 3 Liu, Jianglai (2017-03-02). "Current status of direct dark matter detection experiments". Nature Physics. 13 (3): 212—216. arXiv:1709.00688. Bibcode:2017NatPh..13..212L. doi:10.1038/nphys4039.
  9. ↑ PandaX-II Collaboration (2016-09-16). "Dark Matter Results from First 98.7 Days of Data from the PandaX-II Experiment". Physical Review Letters. 117 (12): 121303. arXiv:1607.07400. Bibcode:2016PhRvL.117l1303T. doi:10.1103/PhysRevLett.117.121303. PMID 27689262.
  10. ↑ Aprile, E. (2018). "Dark Matter Search Results from a One Ton-Year Exposure of XENON1T". Physical Review Letters. 121 (11): 111302. arXiv:1805.12562. doi:10.1103/PhysRevLett.121.111302.
  11. ↑ Ji, Xiangdong (August 7-11, 2017). PandaX Dark Matter Search (PDF). Архивировано (PDF) 10 января 2021. Дата обращения: 1 октября 2020.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=PandaX&oldid=139954069