Borexino - Borexino

Борексино нейтринная обсерватория
Детектор Borexino в ЛНГС в сентябре 2015 г.
Борексино с северной стороны СПГ Подземный зал C в сентябре 2015 года. Он почти полностью покрыт термоизоляцией (выглядит как серебристая обертка) как попытка еще больше улучшить его беспрецедентный уровень радиочистки.
Характеристики детектора
Место расположенияLaboratori Nazionali del Gran Sasso
Начало сбора данных2007
Техника обнаруженияУпругое рассеяние на жидком сцинтилляторе (ПК +PPO )
Высота16,9 м
Ширина18 м
Активная масса (объем)278 тонн (315 м3) ≈100 тонн контрольный

Borexino это физика элементарных частиц эксперимент по изучению низкой энергии (суб-МэВ) солнечный нейтрино.

Детектор - самая радиочистая жидкость в мире. сцинтиллятор калориметр. Он помещен в сферу из нержавеющей стали, в которой установлены детекторы сигналов (фотоумножители или ФЭУ) и защищен резервуаром для воды для защиты от внешнего излучения и маркировки входящих космические мюоны которым удается проникнуть через покрывающую гору выше.

Основная цель эксперимента - точно измерить отдельные потоки нейтрино от Солнца и сравнить их с потоками нейтрино. Стандартная солнечная модель предсказания. Это позволит ученым проверить и лучше понять функционирование Солнца (например, процессы ядерного синтеза, происходящие в ядре Солнца, состав Солнца, непрозрачность, распределение материи и т. Д.), А также поможет определить свойства Солнца. осцилляции нейтрино, в том числе ТБО эффект. Конкретные цели эксперимента - выявить бериллий-7, бор-8, пп, пеп и CNO солнечные нейтрино, а также антинейтрино с Земли и атомных электростанций. Проект также может обнаружить нейтрино от сверхновые в наша галактика со специальным потенциалом для обнаружения упругого рассеяния нейтрино на протонах из-за взаимодействий нейтрального тока. Borexino является членом Система раннего предупреждения о сверхновых.[1] Также ведутся поиски редких процессов и потенциальных неизвестных частиц.

Название Borexino - итальянское уменьшительное от БОРЕКС (БОРОН эксперимент на солнечных нейтрино), после первоначального экспериментального предложения 1 кТл с другим сцинтиллятором (TMB ), выпуск был прекращен из-за смещения акцентов в физических целях, а также финансовых ограничений.[2] Эксперимент находится на Laboratori Nazionali del Gran Sasso недалеко от города L'Aquila, Италия, и поддерживается международным сотрудничеством с исследователями из Италии, США, Германии, Франции, Польши и России.[3] Эксперимент финансируется несколькими национальными агентствами, включая INFN (Национальный институт ядерной физики) и NSF (Национальный фонд науки). В мае 2017 года Borexino достигла 10 лет непрерывной работы с начала периода сбора данных в 2007 году.

В SOX проект был запроектирован изучение возможности существования стерильные нейтрино или другие аномальные эффекты в осцилляциях нейтрино на малых расстояниях за счет использования генератора нейтрино на основе радиоактивного церия-144. Этот проект был отменен в начале 2018 года из-за непреодолимых технических проблем при изготовлении источника антинейтрино.

Результаты и временная шкала детектора

  • По состоянию на Май 2007 г., детектор Borexino начал сбор данных.[4] Проект впервые обнаружил солнечные нейтрино в августе 2007 года. Это обнаружение произошло в режиме реального времени.[5][6] В 2008 году анализ данных был расширен.[7]
  • В 2010, геонейтрино из недр Земли наблюдались впервые в Борексино. Это антинейтрино, образующиеся при радиоактивных распадах урана, тория, калия и рубидия, хотя только антинейтрино, испускаемые в 238U/232Чт цепи видны из-за обратный бета-распад канал реакции Borexino чувствителен к.[8][9] В том году измерение нижнего порога (3 МэВ) 8Также был опубликован поток солнечных нейтрино B.[10] Дополнительно была проведена кампания по калибровке детекторов с несколькими источниками,[11] где несколько радиоактивных источников были вставлены в детектор, чтобы изучить его реакцию на известные сигналы, которые близки к ожидаемым для изучения.
  • Серые полосы сравнивают области, в которых три солнечных нейтринных телескопа, которые могут измерять энергию событий, являются чувствительными. Обратите внимание, что предсказания солнечных моделей даны в логарифмическом масштабе: Super-Kamiokande и SNO могут наблюдать около 0,02% от общего количества, в то время как Borexino может наблюдать каждый тип предсказанного нейтрино.
    В 2011, в эксперименте было опубликовано прецизионное измерение потока нейтрино бериллия-7,[12][13] а также первое свидетельство взбодриться солнечные нейтрино.[14][15]
  • В 2012, они опубликовали результаты измерений скорости ЦЕРН Нейтрино в Гран-Сассо. Результаты соответствовали скорость света.[16] Видеть измерения скорости нейтрино. Также была проведена обширная кампания по очистке сцинтилляторов, достигшая успешной цели дальнейшего снижения уровней остаточной фоновой радиоактивности до беспрецедентно низких значений (до 15 порядков в естественных условиях). фоновая радиоактивность уровней).
  • В 2013, Borexino установил ограничение на параметры стерильного нейтрино.[17] Они также извлекли сигнал геонейтрино,[18] что дает представление об активности радиоактивных элементов в земной коре,[19] доселе неясное поле.[20]
  • В 2014, экспериментальная коллаборация опубликовала анализ протон-протонный синтез активность в ядре Солнца, обнаружение солнечной активности постоянно стабильно на 105-летняя шкала.[21][22] Когда-то явление осцилляций нейтрино, описанное Теория ТБО, считается, что измерение Borexino соответствует ожиданиям от стандартная солнечная модель. Результат Borexino является важной вехой в нашем понимании функционирования Солнца. Предыдущие эксперименты, чувствительные к нейтрино низких энергий (SAGE, Галлекс, GNO) удалось подсчитать нейтрино выше определенной энергии, но не измерили отдельные потоки.
    Спектр данных Borexino, используемых для одновременного определения pp, взбодриться и 7Be солнечных ν потоков, а также лучший доступный предел для CNO ν потока со слабыми ограничениями.[23] Солнечные компоненты ν показаны красным цветом; фоновые компоненты других цветов. Нижний график показывает разницу между спектральной формой данных (черная кривая) и ожидаемой формой при аналитическом сложении и подгонке сигналов, соответствующих каждому виду.
  • В 2015, обновленный спектральный анализ геонейтрино был представлен,[24] установлен лучший в мире предел несохранения электрического заряда.[25] Кроме того, в течение 2015 года в несколько этапов была установлена ​​универсальная система контроля и управления температурой.[26] Он состоит из многосенсорной системы широтных датчиков температуры (LTPS), испытания и установка первой фазы которой произошли в конце 2014; и система теплоизоляции (TIS), которая сводит к минимуму тепловое влияние внешней среды на внутренние жидкости[27] через обширную изоляцию внешних стен эксперимента. Позже 2015, Borexino также дал наилучший доступный предел времени жизни электрона (через e−→ γ + ν распад), что является самым строгим подтверждением сохранения заряда на сегодняшний день.

SOX проект

Развертывание генератора антинейтрино SOX вдоль железнодорожных путей: от его внешней точки сброса (внизу справа) через зоны калориметрии (внизу справа внутри чистой комнаты) до его рабочего положения (вверху в центре) в небольшой яме под Borexino

Эксперимент SOX[30] направленных на полное подтверждение или на явное опровержение так называемого нейтринные аномалии, совокупность косвенных свидетельств исчезновения электронного нейтрино, наблюдаемого в LSND, MiniBooNE, с ядерными реакторами и с детекторами солнечных нейтрино галлием (GALLEX / GNO, МУДРЕЦ ). В случае успеха SOX продемонстрирует существование стерильных компонентов нейтрино и откроет новую эру в физике фундаментальных частиц и космологии. Твердый сигнал означал бы открытие первых частиц за пределами Стандартная электрослабая модель и будет иметь большое значение для нашего понимания Вселенной и физики фундаментальных частиц. В случае отрицательного результата он сможет закрыть давние дебаты о реальности нейтринных аномалий, исследовать существование новой физики в низкоэнергетических нейтринных взаимодействиях, обеспечит измерение магнитного момента нейтрино, угол Вайнберга и другие основные физические параметры; и даст превосходную энергетическую калибровку для Borexino, которая будет очень полезна для будущих высокоточных измерений солнечных нейтрино.

Предполагалось, что SOX будет использовать мощный (≈150 кКи) инновационный генератор антинейтрино, сделанный из Ce-144 /Пр-144, и, возможно, более поздний Cr-51 генератор нейтрино, который потребует гораздо более короткой кампании по сбору данных. Эти генераторы будут расположены на небольшом расстоянии (8,5 м) от детектора Borexino - фактически под ним: в яме, построенной бывший профессионал еще до того, как детектор был установлен, с идеей, что он может быть использован для вставки таких радиоактивных источников - и даст десятки тысяч взаимодействий чистых нейтрино во внутреннем объеме детектора Borexino. Высокая точность (погрешность <1%)калориметрия Кампания будет проводиться перед развертыванием в карьере, в конце сбора данных и, возможно, в какой-то момент во время экспериментального запуска, чтобы обеспечить независимое точное измерение активности источника, чтобы достичь низкой степени неопределенности анализ. Анализ формы сигнала антинейтрино источника также был разработан с целью повышения чувствительности эксперимента, охватывая все фазовое пространство «аномалии», которое все еще остается там, где могут находиться легкие стерильные нейтрино.

SOX отменен

Ожидается, что эксперимент начнется в первой половине 2018 года и будет собирать данные примерно за два года. В октябре 2017 года на площадке Борексино в СПГС успешно прошли сквозные «холостые» (без радиоактивных материалов) транспортные испытания.[31] чтобы получить окончательные нормативные разрешения на начало эксперимента до прибытия источника. Технические проблемы при изготовлении в ПО Маяк оксида церия (церия, или генеральный директор2) для генератора антинейтрино CeSOX были раскрыты в конце 2017 года. Эти проблемы означали, что генератор не сможет обеспечить необходимое количество антинейтрино,[32] в 3 раза, и побудили пересмотреть проект и его возможную дату начала. К началу февраля 2018 года проект CeSOX был официально отменен CEA и INFN из-за проблемы с производством радиоактивных источников,[33] и цели Borexino на 2018-19 годы были переориентированы на достижение более высокой стабильности детекторов и, как следствие, на повышение радиочистоты, чтобы добиться более точных результатов по солнечным нейтрино, с особым упором на нейтрино CNO.

Рекомендации

  1. ^ Сотрудничество Borexino (2009 г.). «Детектор Borexino в Лаборатории Национали дель Гран Сассо». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Секция А. 600 (3): 568–593. arXiv:0806.2400. Bibcode:2009НИМПА.600..568Б. Дои:10.1016 / j.nima.2008.11.076.
  2. ^ Георг Г. Раффельт (1996). "БОРЕКСИНО". Звезды как лаборатории фундаментальной физики: астрофизика нейтрино, аксионов и других слабовзаимодействующих частиц. Издательство Чикагского университета. стр.393–394. ISBN  978-0226702728.
  3. ^ «Эксперимент Борексино». Официальный сайт Borexino. Гран Сассо. Архивировано из оригинал 16 октября 2007 г.. Получено 12 августа 2011.
  4. ^ «Эксперимент Borexino на Гран-Сассо начинает сбор данных». Пресс-релиз Laboratori Nazionali del Gran Sasso. 29 мая 2007 г.
  5. ^ Эмилиано Ферезин (2007). «Обнаружены нейтрино низких энергий». Новости природы. Дои:10.1038 / news070820-5.
  6. ^ Borexino Collaboration (2008). "Первое обнаружение в реальном времени солнечных нейтрино 7Be компанией Borexino". Письма по физике B. 658 (4): 101–108. arXiv:0708.2251. Bibcode:2008ФЛБ..658..101Б. Дои:10.1016 / j.physletb.2007.09.054.
  7. ^ Borexino Collaboration (2008). "Прямое измерение потока солнечных нейтрино Be7 с данными 192 дней Borexino". Письма с физическими проверками. 101 (9): 091302. arXiv:0805.3843. Bibcode:2008PhRvL.101i1302A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.101.091302. PMID  18851600.
  8. ^ «Первый взгляд на недра Земли из подземной лаборатории Гран Сассо». Пресс-релиз ИНФН. 11 марта 2010 г.
  9. ^ Borexino Collaboration (2010). «Наблюдение геонейтрино». Письма по физике B. 687 (4–5): 299–304. arXiv:1003.0284. Bibcode:2010ФЛБ..687..299Б. Дои:10.1016 / j.physletb.2010.03.051.
  10. ^ Borexino Collaboration; Bellini, G .; Benziger, J .; Bonetti, S .; Buizza Avanzini, M .; Caccianiga, B .; Cadonati, L .; Calaprice, F .; Карраро, К. (05.08.2010). «Измерение скорости солнечных $ ^ {8} mathrm {B} $ нейтрино с жидкой сцинтилляционной мишенью и энергетическим порогом 3 МэВ в детекторе Borexino». Физический обзор D. 82 (3): 033006. arXiv:0808.2868. Bibcode:2010PhRvD..82c3006B. Дои:10.1103 / PhysRevD.82.033006.
  11. ^ Назад, H .; Bellini, G .; Benziger, J .; Bick, D .; Bonfini, G .; Браво, Д .; Аванзини, М. Бьюцца; Caccianiga, B .; Кадонати, Л. (01.01.2012). «Калибровка Borexino: оборудование, методы и результаты». Журнал приборостроения. 7 (10): P10018. arXiv:1207.4816. Bibcode:2012arXiv1207.4816B. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 7/10 / P10018. ISSN  1748-0221.
  12. ^ «Прецизионное измерение потока бериллиевых солнечных нейтрино и его асимметрии день / ночь, а также независимая проверка решения осцилляций LMA-MSW с использованием данных только Borexino». Пресс-релиз Borexino Collaboration. 11 апреля 2011 г.
  13. ^ Borexino Collaboration (2011). "Прецизионное измерение скорости взаимодействия солнечных нейтрино Be7 в Borexino". Письма с физическими проверками. 107 (14): 141302. arXiv:1104.1816. Bibcode:2011ПхРвЛ.107н1302Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.107.141302. PMID  22107184.
  14. ^ «Borexino Collaboration удалось обнаружить пеп-нейтрино, испускаемые Солнцем». PhysOrg.com. 9 февраля 2012 г.
  15. ^ Borexino Collaboration (2012). «Первое свидетельство активности солнечных нейтрино с помощью прямого обнаружения в Borexino». Письма с физическими проверками. 108 (5): 051302. arXiv:1110.3230. Bibcode:2012PhRvL.108e1302B. Дои:10.1103 / PhysRevLett.108.051302. PMID  22400925.
  16. ^ Коллаборация Borexino (2012). «Измерение скорости мюонных нейтрино АГНКС с помощью Borexino». Письма по физике B. 716 (3–5): 401–405. arXiv:1207.6860. Bibcode:2012ФЛБ..716..401А. Дои:10.1016 / j.physletb.2012.08.052. HDL:11696/50952.
  17. ^ Bellini, G .; Benziger, J .; Bick, D .; Bonfini, G .; Браво, Д .; Buizza Avanzini, M .; Caccianiga, B .; Cadonati, L .; Калаприс, Ф. (29 октября 2013 г.). «Новые ограничения на смешивание тяжелых стерильных нейтрино в распаде B 8, полученные с помощью детектора Borexino». Физический обзор D. 88 (7): 072010. arXiv:1311.5347. Bibcode:2013ПхРвД..88г2010Б. Дои:10.1103 / Physrevd.88.072010. ISSN  1550-7998.
  18. ^ Borexino Collaboration (15 апреля 2013 г.). «Измерение геонейтрино с 1353 дня Борексино». Phys. Lett. B. 722 (4–5): 295–300. arXiv:1303.2571. Bibcode:2013ФЛБ..722..295Б. Дои:10.1016 / j.physletb.2013.04.030.
  19. ^ «Borexino получил новые результаты по геонейтрино». ЦЕРН КУРЬЕР. Получено 20 октября 2014.
  20. ^ Шрамек, Ондржей; Росковец, Бедржих; Wipperfurth, Scott A .; Си, Юфэй; Макдонаф, Уильям Ф. (2016). «Выявление мантии Земли с самых высоких гор с помощью эксперимента Цзиньпин с нейтрино». Научные отчеты. 6: 33034. Bibcode:2016НатСР ... 633034С. Дои:10.1038 / srep33034. ЧВК  5017162. PMID  27611737.
  21. ^ Borexino Collaboration (27 августа 2014 г.). «Нейтрино от процесса первичного протон-протонного синтеза на Солнце». Природа. 512 (7515): 383–386. Bibcode:2014Натура.512..383Б. Дои:10.1038 / природа13702. PMID  25164748.
  22. ^ «Borexino измеряет энергию Солнца в реальном времени». ЦЕРН КУРЬЕР. Получено 20 октября 2014.
  23. ^ Агостини, М; Альтенмюллер, К; Аппель, S; Атрощенко, В; Багдасарян, З .; Basilico, D; Беллини, G; Benziger, J; Бик, Д; Бонфини, G; Браво, Д; Каччанига, B; Calaprice, F; Камината, А; Caprioli, S; Карлини, М; Кавальканте, П; Чепурнов А; Чой, К; Collica, L; Д'Анджело, Д; Davini, S; Дербин, А; Дин, X. F; Ди Людовико, А; Ди Ното, L; Драчнев, I; Фоменко, К; Формозов А; и другие. (2017). «Первая одновременная прецизионная спектроскопия pp, 7Be и pep солнечных нейтрино с Borexino Phase-II». arXiv:1707.09279 [hep-ex ].
  24. ^ Borexino Collaboration (7 августа 2015 г.). «Спектроскопия геонейтрино по данным Borexino за 2056 дней». Phys. Ред. D. 92 (3): 031101. arXiv:1506.04610. Bibcode:2015ПхРвД..92c1101A. Дои:10.1103 / PhysRevD.92.031101.
  25. ^ Agostini, M .; и другие. (Сотрудничество Borexino) (2015). «Испытание сохранения электрического заряда с помощью Borexino». Письма с физическими проверками. 115 (23): 231802. arXiv:1509.01223. Bibcode:2015PhRvL.115w1802A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.115.231802. PMID  26684111.
  26. ^ Браво-Бергуньо, Давид; Мереу, Риккардо; Кавальканте, Паоло; Карлини, Марко; Янни, Андреа; Горетти, Аугусто; Габриэле, Федерико; Райт, Тристан; Йокли, Захари (2017-05-25). «Система теплового мониторинга и управления Borexino». arXiv:1705.09078 [Physics.ins-det ].
  27. ^ Браво-Бергуньо, Давид; Мереу, Риккардо; Фогелаар, Роберт Брюс; Инзоли, Фабио (26 мая 2017 г.). «Гидродинамика в детекторе нейтрино Borexino: поведение псевдостабильно-стратифицированной, почти равновесной замкнутой системы при асимметричных, меняющихся граничных условиях». arXiv:1705.09658 [Physics.ins-det ].
  28. ^ Коллаборация Borexino; Agostini, M .; Altenmueller, K .; Appel, S .; Атрощенко, В .; Багдасарян, З .; Basilico, D .; Bellini, G .; Бензигер, Дж. (03.09.2017). «Улучшенное измерение солнечных нейтрино 8B при воздействии Borexino 1,5 кт в год». arXiv:1709.00756 [hep-ex ].
  29. ^ Agostini, M .; Altenmüller, K .; Appel, S .; Атрощенко, В .; Basilico, D .; Bellini, G .; Benziger, J .; Bick, D .; Бонфини, Г. (2017-06-01). «Сезонная модуляция скорости солнечных нейтрино 7Be в Борексино». Физика астрономических частиц. 92 (Дополнение C): 21–29. arXiv:1701.07970. Bibcode:2017APh .... 92 ... 21A. Дои:10.1016 / j.astropartphys.2017.04.004.
  30. ^ Камината, Алессио. «Проект SOX». web.ge.infn.it. Архивировано из оригинал на 2017-10-19. Получено 2016-04-22.
  31. ^ Галеота, Марко. "Il test di trasporto per l'esperimento SOX". Laboratori Nazionali del Gran Sasso (на итальянском). Получено 2017-10-25.
  32. ^ Галеота, Марко. "Nota stampa 12-12-2017". Laboratori Nazionali del Gran Sasso (на итальянском). Получено 2017-12-13.
  33. ^ варащин. «ПРОЕКТ SOX ОТМЕНЕН ИЗ-ЗА НЕВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКА С ТРЕБУЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ». home.infn.it. Архивировано из оригинал на 2018-03-09. Получено 2018-03-16.

внешняя ссылка

Координаты: 42 ° 28′N 13 ° 34'E / 42,46 ° с. Ш. 13,57 ° в. / 42.46; 13.57