Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
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.
PandaX | |
---|---|
Тип | детектор частиц |
Координаты | 28°12′ с. ш. 101°42′ в. д.HGЯO |
Дата открытия | 2009 |
Сайт | pandax.sjtu.edu.cn |
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.
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.
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.
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]
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]
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]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.