PandaX - PandaX

PandaX
Альтернативные названияДетектор частиц и астрофизический ксенон Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а)Сычуань, КНР
Координаты28 ° 12′N 101 ° 42'E / 28,2 ° с. Ш. 101,7 ° в. / 28.2; 101.7Координаты: 28 ° 12′N 101 ° 42'E / 28,2 ° с. Ш. 101,7 ° в. / 28.2; 101.7 Отредактируйте это в Викиданных
ОрганизацияПодземная лаборатория Китая Цзиньпин  Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопадетектор частиц  Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайтпандакс.sjtu.edu.cn Отредактируйте это в Викиданных
PandaX находится в Китае
PandaX
Расположение PandaX
[редактировать в Викиданных ]

В Детектор частиц и астрофизический ксенон, или же PandaX, это обнаружение темной материи эксперимент в Подземная лаборатория Китая Цзиньпин (CJPL) в Сычуань, Китай.[1] Эксперимент проводится в самой глубокой подземной лаборатории в мире и является одной из крупнейших в своем роде.

Участников

Эксперимент проводится международной группой из около 40 ученых под руководством исследователей из Китайской Шанхайский университет Цзяо Тонг.[2] Проект начался в 2009 году исследователями из Шанхайского университета Цзяо Тонг, Шаньдунский университет, то Шанхайский институт прикладной физики (ж ), а Китайская Академия Наук.[3][4] Исследователи из Университет Мэриленда, Пекинский университет, а университет Мичигана присоединился два года спустя.[3] В команду PandaX также входят представители Компания по развитию гидроэнергетики Эртан.[5] Ученые из Университет науки и технологий Китая, Китайский институт атомной энергии и Университет Сунь Ятсена присоединился к PandaX в 2015 году.[6]

Дизайн и конструкция

PandaX - это эксперимент прямого обнаружения, состоящий из двухфазного ксенон камера времени проекции (TPC) детектор.[1] Использование как жидкой, так и газообразной фаз ксенона аналогично КСЕНОН и ЛЮКС экспериментов, позволяет определять местоположение событий и гамма-луч события, на которые будет наложено вето.[4] Помимо поиска событий темной материи, PandaX предназначен для обнаружения Xe-136 безнейтринный двойной бета-распад.[4]

Лаборатория

PandaX находится по адресу Подземная лаборатория Китая Цзиньпин (CJPL), самая глубокая подземная лаборатория в мире на глубине более 2400 метров (1,5 мили) под землей.[2][7] Глубина лаборатории означает, что эксперимент лучше защищен от космический луч помех, чем аналогичные детекторы, что упрощает масштабирование прибора.[8] В мюон поток в CJPL - 66 событий на квадратный метр в год, по сравнению с 950 событий / м2/ год на Подземный исследовательский центр Сэнфорда, где проводился эксперимент LUX, и 8030 событий / м2/ год на Лаборатория Гран Сассо в Италии, где находится детектор XENON.[4] В мрамор Цзиньпин также менее радиоактивен, чем камень в Хоумстейк и Гран-Сассо, что еще больше снижает частоту ложных срабатываний.[4][7] 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.[7]

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.[9]:15 Он использовал 120 кг (260 фунтов) ксенона (из которых 54 кг (119 фунтов) служили реперный масса)[10]:7,10 для исследования режима малой массы (<10ГэВ ) и проверить сигналы темной материи, полученные в результате других экспериментов с детекторами.[1][8] PandaX-I был первым экспериментом по темной материи в Китае, в котором было использовано более 100 кг ксенона в своем детекторе, и его размер уступал только ЛЮКС эксперимент в США.[2]

PandaX-II, завершенный в марте 2015 года и действующий в настоящее время, использует 500 кг (1100 фунтов) ксенона (примерно 300 кг фидуциарного материала).[10]:24–25 для исследования режима 10–1000 ГэВ.[1][8][7] PandaX-II повторно использует экран, внешний сосуд, криогенное оборудование, оборудование для очистки и общую инфраструктуру из первой версии, но использует гораздо большую камеру времени проекции, внутренний сосуд более высокой чистоты (гораздо менее радиоактивный. 60Co ) нержавеющая сталь, и криостат[4][11]

Стоимость строительства PandaX оценивается в АМЕРИКАНСКИЙ ДОЛЛАР$ 15 миллионов долларов при начальной стоимости первого этапа в 8 миллионов долларов.[8][7]

PandaX-II представил некоторые предварительные физические результаты во время короткого запуска в конце 2015 года (с 21 ноября по 14 декабря).[11] перед основным прогоном физики, который сейчас проходит до 2018 года.[12]:213[10]:24

PandaX-II значительно более чувствителен, чем оба 100-кг XENON100 и 250 кг ЛЮКС детекторы.[10]:25[12] XENON100, дюйм Италия за три-четыре года, предшествовавших 2014 году, продемонстрировал самую высокую чувствительность по широкому диапазону WIMP массы[3][8] но PandaX-II обошел стороной.[12]:213 Самые последние результаты по спин-независимому сечению рассеяния вимпов-нуклонов PandaX-II были опубликованы в 2017 году.[13] В сентябре 2018 г. XENON1T Эксперимент опубликовал свои результаты из 278,8 дней собранных данных и установил новый рекордный предел для WIMP-нуклонных спин-независимых упругих взаимодействий.[14]

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.[6]

Первые результаты

Большая часть экспериментального оборудования PandaX была перевезена из Шанхайского университета Цзяо Тонг в китайскую подземную лабораторию Цзиньпин в августе 2012 года, а в 2013 году были проведены два инженерно-технических испытания.[3] Первоначальный сбор данных (PandaX-I) начался в мае 2014 года. Результаты этого запуска были опубликованы в сентябре 2014 года в журнале. Наука Китай Физика, механика и астрономия. В первоначальном прогоне было зарегистрировано около 4 миллионов необработанных событий, из которых около 10 000 находятся в ожидаемой энергетической области для WIMP темная материя. Из них только 46 событий были зарегистрированы в тихом внутреннем ядре ксеноновой мишени. Эти события соответствовали фоновое излучение, а не темная материя. Отсутствие наблюдаемого сигнала темной материи в прогоне PandaX-I накладывает серьезные ограничения на ранее сообщаемые сигналы темной материи из аналогичных экспериментов.[2]

Прием

Стефан Функ из Национальная ускорительная лаборатория SLAC поставил под сомнение 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».[8] 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.[8] Ричард Гайтскелл, представитель эксперимента LUX и профессор физики в Брауновский университет, прокомментировал: «Я рад видеть, что Китай разрабатывает программу фундаментальной физики».[7]

Рекомендации

  1. ^ а б c d «Эксперимент PandaX с темной материей». Шанхайский университет Цзяо Тонг.
  2. ^ а б c d «Первые результаты поиска темной материи из китайской подземной лаборатории, в которой проводится эксперимент PandaX-I». Phys.org. 30 сентября 2014 г.
  3. ^ а б c d «Китайские ученые ищут доказательства наличия частиц темной материи с помощью нового подземного детектора PandaX». Phys.org. 23 июля 2014 г.
  4. ^ а б c d е ж Цзи, Сяндун (5 июня 2013 г.). «PandaX: Эксперимент по прямому поиску темной материи в подземной лаборатории Цзиньпин в Китае» (PDF). Шанхайский симпозиум по физике элементарных частиц и космологии, 2013 г.. Шанхайский университет Цзяо Тонг.
  5. ^ «Эксперимент PandaX с темной материей: команда». Шанхайский университет Цзяо Тонг.
  6. ^ а б Цзи, Сяндун (7–11 августа 2017 г.). PandaX: поиск темной материи (PDF). TeVPA 2017.
  7. ^ а б c d е ж Стрикленд, Элиза (29 января 2014 г.). «Самый глубокий подземный детектор темной материи будет запущен в Китае». IEEE Spectrum. IEEE.
  8. ^ а б c d е ж грамм Райх, Эжени Самуэль (20 февраля 2013 г.). "Охота на темную материю становится глубокой". Природа. Издательская группа Nature. 494 (7437): 291–292. Bibcode:2013Натура.494..291S. Дои:10.1038 / 494291a. PMID  23426301.
  9. ^ Гибони, Карл (15–17 декабря 2014 г.). Результаты и перспективы PandaX (PDF). 7-й симпозиум по большим TPC для обнаружения редких событий с низкой энергией. Париж.
  10. ^ а б c d Лю, Цзянглай (7–11 сентября 2015 г.). Эксперимент PandaX и результаты полного тестирования PandaX-I (PDF). 14-я Международная конференция по темам астрономической физики и подземной физики. Турин.
  11. ^ а б Тан, Анди; и другие. (Сотрудничество с PandaX-II) (2016). «Результаты поиска темной материи после запуска PandaX-II». Phys. Ред. D. 93 (12): 122009. arXiv:1602.06563. Bibcode:2016ПхРвД..93л2009Т. Дои:10.1103 / PhysRevD.93.122009. S2CID  14367942.
  12. ^ а б c Лю, Цзянглай; Чен, Сюнь; Цзи, Сяндун (2 марта 2017 г.). «Текущее состояние экспериментов по прямому обнаружению темной материи». Природа Физика. 13 (3): 212–216. arXiv:1709.00688. Bibcode:2017НатФ..13..212л. Дои:10.1038 / nphys4039. S2CID  119425199.
  13. ^ PandaX-II Collaboration; Тан, Анди; Сяо, Мэнцзяо; Цуй, Сянъи; Чен, Сюнь; Чен, Юньхуа; Фанг, Дэцин; Фу, Чанбо; Гибони, Карл (2016-09-16). «Результаты темной материи из первых 98,7 дней данных эксперимента PandaX-II». Письма с физическими проверками. 117 (12): 121303. arXiv:1607.07400. Bibcode:2016ПхРвЛ.117л1303Т. Дои:10.1103 / PhysRevLett.117.121303. PMID  27689262. S2CID  31737914.
  14. ^ Aprile, E .; и другие. (Коллаборация XENON) (2018). "Результаты поиска темной материи в результате воздействия XENON1T в течение одной тонны года". Письма с физическими проверками. 121 (11): 111302. arXiv:1805.12562. Дои:10.1103 / PhysRevLett.121.111302. PMID  30265108.