| PandaX | |
|---|---|
| Sorts | Elementär partikeldetektor |
| Koordinater | 28°12′ N. sh. 101°42′ Ö e. |
| öppningsdatum | 2009 |
| Hemsida | pandax.sjtu.edu.cn |
Den partikel- och astrofysiska xenondetektorn , eller PandaX , är ett experiment för upptäckt av mörk materia vid Jinping Underground Laboratory (CJPL) i Sichuan , Kina. [1] Experimentet genomförs i det djupaste underjordiska laboratoriet i världen och är ett av de största i sitt slag.
Experimentet utförs av ett internationellt team på cirka 40 forskare ledda av forskare från Kinas Shanghai Transportation University . [2] Arbetet med projektet började 2009 med deltagande av forskare från Shanghai Transportation University, Shandong University , Shanghai Institute of Applied Physics ( zh ) och Chinese Academy of Sciences . [3] Två år senare anslöt sig forskare från universiteten i Maryland , Peking och Michigan till oss . I PandaX-teamet ingår även anställda från Ertan Hydropower Development . [4] Forskare från China University of Science and Technology , China Institute of Atomic Energy och Sun Yat-Sen University anslöt sig till PandaX 2015.
PandaX är ett direktdetektionsexperiment som består av en tvåfas xenondetektor med en tidsprojektionskamera (TPC). [1] Användningen av både flytande och gasformiga faser av xenon, liknande XENON- och LUX- experimenten , tillåter lokalisering av händelser och uteslutning av gammastrålningshändelser från övervägande . Förutom att söka efter mörk materia-händelser är PandaX designad för att upptäcka det neutrinolösa dubbla beta-sönderfallet av Xe-136 .
PandaX ligger vid China Jinping Underground Laboratory (CJPL), det djupaste underjordiska laboratoriet i världen på över 2 400 meter (1,5 miles) under jorden. [2] [5] Laboratoriets djup gör att experimentet är bättre skyddat från inverkan av kosmisk strålning än liknande detektorer, vilket gör det lättare att skala instrumentet. [6] Myonflödet vid CJPL är 66 händelser per kvadratmeter och år, jämfört med 950 s vid Sanford Underground Research Facility , där LUX-experimentet utfördes, och 8030 vid Gran Sasso-laboratoriet i Italien, där XENON-detektorn ligger. Marmorn i Jinping är också mindre radioaktiv än stenen i Homestake och Gran Sasso, vilket ytterligare minskar frekvensen av falska positiva. Wolfgang Lorenzon, en forskare vid University of Michigan, noterade att "den stora fördelen är att PandaX är mycket billigare och inte kräver lika mycket skärmningsmaterial" som liknande detektorer.
Som med de flesta lågbakgrundsfysik bygger detta experiment flera generationer av detektorer, som var och en fungerar som en prototyp för nästa. Den större storleken ger mer känslighet, men detta är bara användbart om oönskade "bakgrundshändelser" kanske inte överröstar de önskade; Det krävs också ännu strängare gränser för radioaktiv kontaminering. Lärdomar från tidigare generationer används för att bygga nästa.
Den första generationen, PandaX-I, fungerade till slutet av november 2014. :15 120 kg xenon användes (varav 54 kg fungerade som initial massa) :7,10 för att undersöka lågmassaregimen (<10 GeV ) och för att testa mörk materiasignaler från andra detektorexperiment. [1] [6] PandaX-I var det första experimentet med mörk materia i Kina som använde mer än 100 kg xenon i detektorn, och dess storlek var näst efter det amerikanska LUX- experimentet . [2]
PandaX-II, byggd i mars 2015 och för närvarande i drift, använder 500 kg xenon (ungefär 300 kg initial massa) :24–25 för att utforska energiområdet 10-1000 GeV. [1] [6] [5] PandaX-II använder skärmen, yttre kärl, kryogenik, rengöringsutrustning och allmän infrastruktur från den första versionen, men har en mycket större projektionskammare, ett inre kärl i rostfritt stål med högre renhet (mycket mindre förorenad med radioaktivt 60Co ) och en kryostat . [7]
Byggkostnaden för PandaX uppskattas till 15 miljoner USD , med en initial kostnad på 8 miljoner USD för den första fasen. [6] [5]
PandaX-II presenterade några preliminära fysikresultat under en kort lansering i slutet av 2015 (21 november till 14 december) [7] innan huvudlanseringen, som fortsatte till 2018. [8] :213 :24
PandaX-II är betydligt känsligare än 100 kg XENON100 och 250 kg LUX detektorer . :25 [8] XENON100 i Italien tre till fyra år före 2014 visade den högsta känsligheten i ett brett spektrum av WIMP- massor , [3] [6] men PandaX-II överträffade den. [8] De senaste resultaten av det spinnoberoende WIMP-nukleonspridningstvärsnittet på PandaX-II publicerades 2017 [9] I september 2018, XENON1T-experimentet över 278,8 dagars datainsamling och satte en ny rekordgräns för spinnet -oberoende elastiska interaktioner av WIMP-nukleoner. [tio]
De nästa stegen av PandaX kallas PandaX-xT. Ett mellansteg med ett mål på fyra ton (PandaX-4T) byggs i CJPL-II steg 2-labbet. Det slutgiltiga målet är att skapa en tredje generationens mörk materiadetektor som kommer att innehålla trettio ton xenon i det känsliga området. [elva]
Det mesta av PandaX experimentella utrustning flyttades från Shanghai Transportation University till Kinas Jinping Underground Laboratory i augusti 2012, och två tekniska tester genomfördes 2013. [3] Den första datainsamlingen (PandaX-I) startade i maj 2014. Resultaten av denna körning publicerades i september 2014 i Science China Physics, Mechanics & Astronomy . Den första körningen registrerade cirka 4 miljoner råhändelser, varav cirka 10 000 är i den förväntade energiregionen för WIMP mörk materia . Av dessa registrerades endast 46 händelser i den tysta inre kärnan av xenonmålet. Dessa händelser överensstämde med bakgrundsstrålning , inte mörk materia. Avsaknaden av en observerbar mörk materia-signal i PandaX-I-körningen sätter allvarliga begränsningar på tidigare rapporterade mörk materia-signaler från liknande experiment. [2]
Stefan Funk från SLAC National Accelerator Laboratory ifrågasatte möjligheten att köra många separata experiment för att direkt detektera mörk materia i olika länder och kommenterade att "att spendera alla våra pengar på olika direktdetekteringsexperiment är inte värt det." [6] Xiangdong Ji, PandaX talesman och fysiker vid Shanghai Jiao Tong University, medger att det internationella samfundet sannolikt inte kommer att stödja mer än två flertonsdetektorer, men hävdar att att ha flera team som arbetar kommer att leda till snabbare förbättringar av detektionsteknologi. Richard Gaitskell, talesman för LUX-experimentet och professor i fysik vid Brown University , kommenterade: "Jag är mycket glad över att se Kina utveckla ett grundläggande fysikprogram." [5]