Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эксперимент CUORE открыт 23 октября 2017 г.

Координаты : 42 ° 27'N 13 ° 34'E. / 42,450 ° с. Ш. 13,567 ° в. / 42,450; 13,567

Строящийся криостат CUORE, октябрь 2014 г.

Underground обсерватория Криогенная для редких событий ( CUORE [ˈKwɔːre] , что по- итальянски означает «сердце») - этолаборатория физики элементарных частиц , расположенная под землей в Лаборатории Национали дель Гран Сассо в Ассерджи, Италия . [1] [2] CUORE был разработан в первую очередь как поиск безнейтринного двойного бета-распада в 130 Te, процесса, который никогда не наблюдался. [3] Он используеткристаллы диоксида теллура (TeO 2 ) как источник распада и как болометры.для обнаружения образовавшихся электронов. CUORE ищет характерный сигнал безнейтринного двойного бета-распада, небольшой пик в наблюдаемом энергетическом спектре около известной энергии распада; для 130 Те это Q  = 2527,518 ± 0,013 кэВ. [4] CUORE также может искать сигналы от кандидатов в темную материю , таких как аксионы и вимпы . [1]

Наблюдение безнейтринного двойного бета-распада окончательно показало бы, что нейтрино являются майорановскими фермионами ; то есть они сами по себе античастицы. [5] Это относится ко многим темам в физике элементарных частиц, включая сохранение лептонного числа , структуру ядра , а также массы и свойства нейтрино .

В коллаборации CUORE участвуют физики из нескольких стран, в первую очередь из США и Италии . [6] CUORE финансируется Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Италии, Министерством энергетики США и Национальным научным фондом США.

В сентябре 2014 года в рамках испытаний холодильника разбавления CUORE ученые из коллаборации CUORE охлаждали медный сосуд объемом один кубический метр до 6 мК (0,006 K, −273,144 ° C) в течение 15 дней, установив рекорд. для самой низкой температуры во Вселенной в таком большом прилегающем объеме. [5] [7] [8] [9]

Детекторы [ править ]

Детекторы CUORE представляют собой кристаллы TeO 2, используемые в качестве болометров с низкой теплоемкостью , размещенные в башнях и охлаждаемые в большом криостате примерно до 10 мК с помощью рефрижератора разбавления . Детекторы изолированы от теплового, электромагнитного и другого фона окружающей среды с помощью сверхчистой защиты с низким уровнем радиоактивности. Температурные всплески от электронов, испускаемых при двойном бета-распаде Те, собираются для анализа спектра. Детекторы калибруются с использованием 232 Th , первого элемента в длинной цепочке распада, которая включает несколько выдающихся гамма-лучей до 2615 кэВ.

При создании CUORE коллаборация следовала нескольким процедурам, чтобы минимизировать радиоактивное загрязнение, которое может заставить детекторы регистрировать фоновые события при энергиях, близких к энергии, выделяемой при безнейтринном двойном бета-распаде. Кристаллы были выращены Шанхайским институтом керамики Китайской академии наук с соблюдением строгих требований радиочистки. [10] Кристаллы удерживаются на месте опорой из ПТФЭ в башнях, построенных из бескислородной меди с высокой теплопроводностью и собираемых в атмосфере азота внутри перчаточных боксов в чистых помещениях . Медь, свинец, древний римский свинец с низкой радиоактивностью и борированныйполиэтилен используется для защиты извещателей. Алгоритмы совпадения также используются для отклонения событий, которые вызвали срабатывание нескольких каналов, например, вызванных входящим мюоном космических лучей или гамма-лучами, которые Комптон рассеивает в нескольких кристаллах. [11]

История [ править ]

Куоричино была первой крупномасштабной башней болометра, использовавшейся для поиска редких событий, и эксплуатировалась с 2003 по 2008 год. Она содержала 62 кристалла ТеО 2 (11 кг 130 Те), причем некоторые кристаллы были обогащены 130 Те, а другие - естественным изотопным содержанием. , и несколько кристаллов немного большего и меньшего размера. [12] Башня была похожа по конструкции на башню CUORE и была защищена медью, свинцом и римским свинцом. Cuoricino работал около 8 мК в относительно небольшом холодильнике для разбавления. [13]

Используя результаты Cuoricino, были завершены окончательные детали башен детекторов CUORE, и была установлена ​​последовательность сборки для строительства этих 19 башен. [13] CUORE-0 была первой детекторной башней, произведенной на этой сборочной линии. В медной башне было 52 улучшенных кристалла TeO 2 с более высокой чистотой поверхности и значительно уменьшенным содержанием радона и других загрязнений. [14] Он работал в криостате Куоричино с 2013 по 2015 год в качестве первого испытания новых процедур сборки CUORE, когда сборка башен CUORE была завершена. [15]

CUORE - это увеличенная версия CUORE-0, размещенная в новом специализированном криостате, способном поддерживать детектор массой около одной тонны. Он содержит 988 кристаллов 5 × 5 × 5 см 3 с 741 кг ТеО 2 (206 кг 130 Те). Новый криостат был сконструирован из чрезвычайно чистых радиационных материалов [16], а для защиты детекторов использовался большой древнеримский свинцовый щит. [17] Снаружи криостата имеется восьмиугольный экран весом 73 тонны, сделанный из свинца и борированного полиэтилена, чтобы уменьшить количество гамма-лучей и нейтронов окружающей среды, достигающих детектора. [16]Из-за большого количества дискретных детекторов мюоны космических лучей можно легко исключить, отбросив события, которые происходят одновременно в нескольких детекторах. [11]

Башни CUORE были установлены в криостате в августе 2016 г. [18], а сбор данных с помощью CUORE начался в мае 2017 г.

Результаты [ править ]

Куоричино взял данные за период с апреля 2003 года по июнь 2008 года. Окончательные результаты с использованием 19,75 кг · год экспозиции 130 Te установили лидирующие в мире 90% -ные ограничения на период полураспада 130 Te 0νββ T 0ν
½  > 2,8 × 10 24 года  , с фоном 0,18 ± 0,01 / (кэВ · кг · год) вблизи энергии распада 0νββ. [19] Были также установлены пределы массы аксионов в соответствии с другими экспериментами. [20]

Первый документ с подробным описанием начальных характеристик CUORE-0 был опубликован в августе 2014 года с использованием данных, полученных с марта по сентябрь 2013 года, с экспозицией 7,1 кг · год, показывая фон, уменьшенный в 6 раз по сравнению с CUORICINO, и энергетическое разрешение 5,7 кэВ. [14] Предел для 0νββ был представлен в апреле 2015 года, объединив 9,8 кг · год воздействия CUORE-0 с воздействием Куоричино, чтобы установить новый предел T 0ν
½ > 4,0 × 10 24 год. [21]

CUORE имеет целевой фон 0,01 · отсчетов / (кэВ · кг · год) в интересующей области 0νββ с целевым энергетическим разрешением 5,0 кэВ. По оценкам, через пять лет CUORE будет иметь 90% чувствительность полураспада CL к 0νββ, равную 9,5 × 10 25  лет, и эффективную массовую чувствительность к нейтрино Майорана 0,05–0,13 эВ (в зависимости от используемых ядерных матричных элементов). [16]

Первые результаты полного эксперимента CUORE были опубликованы в 2018 году. [22] Не было обнаружено никаких доказательств безнейтринного двойного бета-распада.

Исследования и разработки [ править ]

Купидон является " CUORE U pgrade с P статьи Id entification, научные исследования и разработки проекта для детектора CUORE. [23] Несколько исследовательских групп во всем мире работают над созданием материалов для этого обновления. [24] целей Купидон использовать новые детекторные материалы тот же криостат, что и CUORE.

Абсурд является « B ackground Су rface R выталкивания D etector» исследования и разработки проекта для детектора CUORE. Проект направлен на разработку сцинтилляционного болометра с возможностью блокирования ионизирующего фонового излучения. [25]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Arnaboldi, C .; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2004 г.). «CUORE: криогенная подземная обсерватория для редких событий». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях Раздел A . 518 (3): 775–798. arXiv : hep-ex / 0212053 . Bibcode : 2004NIMPA.518..775A . DOI : 10.1016 / j.nima.2003.07.067 . S2CID  15312986 .
  2. ^ Borghino, Dario (31 марта 2018). « » CUORE «эксперимент стремится добраться до сути дела - и антиматерии» . NewAtlas.com . Проверено 1 апреля 2018 года .
  3. Рианна Бирон, Лорен (23 апреля 2015 г.). «Сильный холод и свинец кораблекрушения» . Журнал Симметрия . Фермилаб / SLAC . Проверено 19 февраля 2016 года .
  4. ^ Редшоу, Мэтью; Mount, Brianna J .; Майерс, Эдмунд Дж .; Авиньон, Франк Т. (2009). «Масса 130 Te и 130 Xe и значение Q двойного β-распада 130 Te». Письма с физическим обзором . 102 (21): 212502. arXiv : 0902.2139 . Bibcode : 2009PhRvL.102u2502R . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.212502 . PMID 19519099 . S2CID 22254396 .  
  5. ^ a b Шелтон, Джим (20 октября 2014 г.). «Системы Йельского университета - ключ к эксперименту с самым холодным кубометром» . Йельские новости . Проверено 10 февраля 2015 года .
  6. ^ CUORE Сотрудничество. «Куоре - Учреждения» . Проверено 8 ноября 2013 года .
  7. ↑ Грин, Кейт (28 октября 2014 г.). «Создание самого холодного кубического метра во Вселенной» . Центр новостей лаборатории Беркли . Проверено 11 марта 2015 года .
  8. ^ «CUORE: Самое холодное сердце в известной Вселенной» . Пресс-релиз INFN . Проверено 21 октября 2014 года .
  9. ^ Уэлле, Джонатан (15 октября 2014). «Самый холодный кубический метр в известной Вселенной». arXiv : 1410.1560 [ Physics.ins -det ].
  10. ^ Arnaboldi, C .; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2010). «Производство монокристаллов TeO2 высокой чистоты для исследования безнейтринного двойного бета-распада». Журнал роста кристаллов . 312 (20): 2999–3008. arXiv : 1005,3686 . Bibcode : 2010JCrGr.312.2999A . DOI : 10.1016 / j.jcrysgro.2010.06.034 . S2CID 98051487 . 
  11. ^ а б Беллини, Ф .; Bucci, C .; Capelli, S .; Cremonesi, O .; Gironi, L .; Мартинес, М .; Паван, М .; Tomei, C .; Виннати, М. (2010). «Оценка методом Монте-Карло внешних источников гамма-, нейтронного и мюонного фона в эксперименте CUORE». Физика астрономических частиц . 33 (3): 169–174. arXiv : 0912.0452 . Bibcode : 2010APh .... 33..169B . DOI : 10.1016 / j.astropartphys.2010.01.004 .
  12. ^ Андриотти, E .; и другие. (Сотрудничество CUORICINO) (2011). « Безнейтринный двойной бета-распад 130 Te с CUORICINO». Физика астрономических частиц . 34 (11): 822–831. arXiv : 1012,3266 . Bibcode : 2011APh .... 34..822A . DOI : 10.1016 / j.astropartphys.2011.02.002 . S2CID 119185418 . 
  13. ^ a b Arnaboldi, C .; и другие. (Сотрудничество CUORICINO) (2004). «Первые результаты по безнейтринному двойному бета-распаду 130 Te в калориметрическом эксперименте CUORICINO» . Физика Письма Б . 584 (3–4): 260–268. Bibcode : 2004PhLB..584..260A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2004.01.040 .
  14. ^ a b Артуса Д.Р .; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2014). «Первичная постановка эксперимента CUORE-0» . Европейский физический журнал C . 74 (8): 2956. arXiv : 1402.0922 . Bibcode : 2014EPJC ... 74.2956A . DOI : 10.1140 / epjc / s10052-014-2956-6 .
  15. ^ Грин, Кейт (9 апреля 2015 г.). «Успешная демонстрация эксперимента с ультрахолодным нейтрино» . Проверено 10 апреля 2015 .
  16. ^ a b c Artusa, DR; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2015). «Поиски безнейтринного двойного бета-распада 130 Te с помощью CUORE» . Успехи физики высоких энергий . 2015 : 1–13. arXiv : 1402.6072 . DOI : 10.1155 / 2015/879871 .
  17. ^ Nosengo, Nicola (15 апреля 2010). «Римские слитки для защиты детектора частиц» . Новости природы . DOI : 10.1038 / news.2010.186 .
  18. ^ Лааш, Рикарда. «CUORE почти готов к первой заминке» . Журнал Симметрия . Проверено 6 сентября 2016 года .
  19. ^ Э. Андреотти; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2011). « Безнейтринный двойной бета-распад 130 Te с CUORICINO». Физика астрономических частиц . 34 (11): 822–831. arXiv : 1012,3266 . Bibcode : 2011APh .... 34..822A . DOI : 10.1016 / j.astropartphys.2011.02.002 . S2CID 119185418 . 
  20. ^ Алессандрия, Ф .; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2013). «Поиск солнечных аксионов 14,4 кэВ от перехода M1 57 Fe с кристаллами CUORE». Журнал космология и астрофизика физики . 2013 (5): 007. arXiv : 1209.2800 . Bibcode : 2013JCAP ... 05..007C . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2013/05/007 . S2CID 55697871 . 
  21. ^ Альфонсо, К .; и другие. (Сотрудничество CUORE) (2015). «Поиски безнейтринного двойного бета-распада Te 130 с помощью CUORE-0». Письма с физическим обзором . 115 (10): 102502. arXiv : 1504.02454 . Bibcode : 2015PhRvL.115j2502A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.115.102502 . PMID 26382673 . S2CID 30807808 .  
  22. ^ Alduino, C .; Alessandria, F .; Альфонсо, К .; Андреотти, Э .; Arnaboldi, C .; Авиньон, FT; Azzolini, O .; Балата, М .; Bandac, I .; Banks, TI; Бари, G .; Barucci, M .; Биман, JW; Беллини, Ф .; Benato, G .; Bersani, A .; Biare, D .; Biassoni, M .; Брагацци, Ф .; Бранка, А .; Brofferio, C .; Bryant, A .; Buccheri, A .; Bucci, C .; Bulfon, C .; Камачо, А .; Caminata, A .; Canonica, L .; Cao, XG; и другие. (2018). «Первые результаты от CUORE: поиск нарушения лептонного числа через 0νββ-распад Te130». Письма с физическим обзором . 120 (13): 132501. arXiv : 1710.07988 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.120.132501 . hdl : 1721,1 / 114731 . PMID 29694201 . S2CID  4309350 .
  23. ^ Группа интересов CUPID (2015). «CUPID: Обновление CUORE (Криогенная подземная обсерватория для редких событий) с идентификацией частиц». arXiv : 1504.03599 [ Physics.ins -det ].
  24. ^ Группа интересов CUPID (2015). «Исследования и разработки в направлении CUPID (обновление CUORE с идентификацией частиц)». arXiv : 1504.03612 [ Physics.ins -det ].
  25. ^ Canonica, L .; и другие. (2013). «Подавление поверхностного фона в тепловых детекторах: проект АБСуРД». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 732 : 286–289. Bibcode : 2013NIMPA.732..286C . DOI : 10.1016 / j.nima.2013.05.114 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальная страница эксперимента CUORE
  • CUORE в СПГС
  • Страница Милана CUORE
  • Страница CUORE группы Беркли
  • Главная страница CUORICINO