| PandaX | |
|---|---|
| Type | Elementær partikeldetektor |
| Koordinater | 28°12′ N. sh. 101°42′ Ø e. |
| åbningsdato | 2009 |
| Internet side | pandax.sjtu.edu.cn |
Den partikel- og astrofysiske xenondetektor , eller PandaX , er et eksperiment til påvisning af mørkt stof ved Jinping Underground Laboratory (CJPL) i Sichuan , Kina. [1] Eksperimentet udføres i det dybeste underjordiske laboratorium i verden og er et af de største af sin slags.
Eksperimentet udføres af et internationalt hold på omkring 40 videnskabsmænd ledet af forskere fra Kinas Shanghai Transportation University . [2] Arbejdet med projektet begyndte i 2009 med deltagelse af forskere fra Shanghai Transportation University, Shandong University , Shanghai Institute of Applied Physics ( zh ) og Chinese Academy of Sciences . [3] To år senere sluttede forskere fra universiteterne i Maryland , Peking og Michigan sig til os . PandaX-teamet omfatter også medarbejdere fra Ertan Hydropower Development . [4] Forskere fra China University of Science and Technology , China Institute of Atomic Energy og Sun Yat-Sen University sluttede sig til PandaX i 2015.
PandaX er et direkte detektionseksperiment bestående af en tofaset xenon - detektor med et tidsprojektionskamera (TPC). [1] Brugen af både flydende og gasformige faser af xenon, svarende til XENON- og LUX -eksperimenterne , tillader placering af begivenheder og udelukkelse af gammastrålebegivenheder fra overvejelse . Ud over at søge efter hændelser i mørkt stof er PandaX designet til at detektere det neutrinoløse dobbelt beta-henfald af Xe-136 .
PandaX er placeret på China Jinping Underground Laboratory (CJPL), det dybeste underjordiske laboratorium i verden på over 2.400 meter (1,5 miles) under jorden. [2] [5] Laboratoriets dybde betyder, at eksperimentet er bedre beskyttet mod påvirkning af kosmiske stråler end tilsvarende detektorer, hvilket gør det lettere at skalere instrumentet. [6] Myonfluxen ved CJPL er 66 hændelser pr. kvadratmeter pr. år, sammenlignet med 950 s ved Sanford Underground Research Facility , hvor LUX-eksperimentet blev udført, og 8030 ved Gran Sasso-laboratoriet i Italien, hvor XENON-detektoren er placeret. Marmoren i Jinping er også mindre radioaktiv end stenen i Homestake og Gran Sasso, hvilket yderligere reducerer antallet af falske positiver. Wolfgang Lorenzon, en forsker ved University of Michigan, bemærkede, at "den store fordel er, at PandaX er meget billigere og ikke kræver så meget afskærmningsmateriale" som lignende detektorer.
Som med de fleste lavbaggrundsfysik bygger dette eksperiment flere generationer af detektorer, der hver tjener som en prototype for den næste. Den større størrelse giver mere følsomhed, men dette er kun nyttigt, hvis uønskede "baggrundsbegivenheder" måske ikke overdøver de ønskede; Endnu strengere grænser for radioaktiv forurening er også påkrævet. Erfaringer fra tidligere generationer bruges til at bygge den næste.
Den første generation, PandaX-I, fungerede indtil slutningen af november 2014. :15 120 kg xenon blev brugt (hvoraf 54 kg fungerede som initial masse) :7,10 til at undersøge lavmasseregimet (<10 GeV ) og til at teste mørkt stofsignaler fra andre detektorforsøg. [1] [6] PandaX-I var det første mørkt stof-eksperiment i Kina, der brugte mere end 100 kg xenon i detektoren, og dets størrelse var kun næst efter det amerikanske LUX -eksperiment . [2]
PandaX-II, bygget i marts 2015 og i øjeblikket i drift, bruger 500 kg xenon (ca. 300 kg initial masse) :24–25 til at udforske 10-1000 GeV energiområdet. [1] [6] [5] PandaX-II bruger skærmen, ydre beholder, kryogenik, rengøringsudstyr og generel infrastruktur fra den første version, men har et meget større projektionskammer, en indre beholder i rustfrit stål med højere renhed (meget mindre) forurenet med radioaktivt 60 Co ) og en kryostat. [7]
Byggeomkostningerne for PandaX er anslået til US $ 15 millioner , med en startomkostning på US $ 8 millioner for første fase. [6] [5]
PandaX-II præsenterede nogle foreløbige fysikresultater under en kort lancering i slutningen af 2015 (21. november til 14. december) [7] før hovedlanceringen, som fortsatte indtil 2018. [8] :213 :24
PandaX-II er væsentligt mere følsom end 100 kg XENON100 og 250 kg LUX detektorerne . :25 [8] XENON100 i Italien tre til fire år før 2014 viste den højeste følsomhed i en lang række WIMP -masser , [3] [6] men PandaX-II overgik den. [8] De seneste resultater om det spin-uafhængige WIMP-nukleonspredningstværsnit på PandaX-II blev offentliggjort i 2017 [9] I september 2018, XENON1T-eksperimentet over 278,8 dages dataindsamling og satte en ny rekordgrænse for spindet -uafhængige elastiske interaktioner af WIMP-nukleoner. [ti]
De næste stadier af PandaX kaldes PandaX-xT. Et mellemtrin med et mål på fire tons (PandaX-4T) er ved at blive bygget i CJPL-II fase 2 laboratoriet. Det ultimative mål er at skabe en tredje generation af mørkt stofdetektor, der vil indeholde tredive tons xenon i det følsomme område. [elleve]
Det meste af PandaX eksperimentelle udstyr blev flyttet fra Shanghai Transportation University til Kinas Jinping Underground Laboratory i august 2012, og to tekniske test blev udført i 2013. [3] Den første dataindsamling (PandaX-I) startede i maj 2014. Resultaterne af denne kørsel blev offentliggjort i september 2014 i Science China Physics, Mechanics & Astronomy . Den indledende kørsel registrerede omkring 4 millioner råhændelser, hvoraf omkring 10.000 er i den forventede energiregion for WIMP mørkt stof . Af disse blev kun 46 hændelser registreret i den rolige indre kerne af xenon-målet. Disse hændelser var i overensstemmelse med baggrundsstråling , ikke mørkt stof. Manglen på et observerbart mørkt stof-signal i PandaX-I-kørslen pålægger alvorlige begrænsninger på tidligere rapporterede mørkt stof-signaler fra lignende eksperimenter. [2]
Stefan Funk fra SLAC National Accelerator Laboratory satte spørgsmålstegn ved gennemførligheden af at køre mange separate eksperimenter for direkte at detektere mørkt stof i forskellige lande og kommenterede, at "at bruge alle vores penge på forskellige direkte detektionseksperimenter er ikke det værd." [6] Xiangdong Ji, PandaX talsmand og fysiker ved Shanghai Jiao Tong University, erkender, at det internationale samfund sandsynligvis ikke vil understøtte mere end to multi-ton detektorer, men hævder, at det at have flere teams, der arbejder, vil føre til hurtigere forbedring af detektionsteknologien. Richard Gaitskell, talsmand for LUX-eksperimentet og professor i fysik ved Brown University , kommenterede: "Jeg er meget glad for at se Kina udvikle et grundlæggende fysikprogram." [5]