Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Медный вакуумный криостат MAJORANA Demonstrator с цепочками детекторов (бирюзовый).
Демонстратор МАДЖОРАНЫ.

Проект MAJORANA (названный Majorana ) - это международная попытка поиска безнейтринного двойного бета-распада (0νββ) в 76 Ge . Проект основан на работе предыдущих экспериментов, в частности, выполненных коллаборациями Гейдельберг – Москва [1] и IGEX [2] , в которых использовались детекторы из высокочистого германия (HPGe) для изучения безнейтринного двойного бета-распада. [3]

Первый этап проекта - это Majorana Demonstrator, предназначенный для демонстрации техники и оценки эксперимента в тонном масштабе.

Криостаты, вмещающие до 40 кг детекторов из природного и обогащенного германия, размещаются в низкофоновых вакуумных криостатах под землей (1480 м) в подземной лаборатории Сэнфорд в Лиде, Южная Дакота . Вслед за Demonstrator, коллаборация намерена объединиться с коллаборацией GERDA для создания гораздо более крупного эксперимента под названием LEGEND .

Физика [ править ]

Цель проекта - поиск распада 0νββ в 76 Ge с помощью детекторов HPGe. Наблюдение за 0νββ установило бы, что нейтрино является майорановской частицей, и продемонстрировало бы нарушение сохранения лептонного числа , подтверждая механизм качелей как объяснение масштаба массы нейтрино. Это также наложило бы ограничения на абсолютную массу нейтрино.

Основная цель Majorana Demonstrator - продемонстрировать возможность достижения фона, необходимого для эксперимента в тонном масштабе. Это соответствует 4 отсчетам / тонну / год в окне 4 кэВ около значения 0νββ Q 2039 кэВ, которое масштабируется до 1 отсчета / тонна / год в эксперименте с тонной шкалой. Эксперимент будет использовать смесь детекторов , изготовленных с природного германия и обогащенного германия, позволяя ему подтвердить или опровергнуть спорное утверждение для 0νββ наблюдения в 76 Ge путем Клапдор-Kleingrothaus и др. [4] Если достигается достаточно низкий уровень электронного шума, Demonstrator может также выполнять поиск WIMP и аксионов.

Дизайн [ править ]

Дрейф заряда от многократного гамма-рассеяния в коаксиальных и точечных детекторах.

Majorana Demonstrator будет проходить в три этапа. Введен в эксплуатацию прототип криостата с 3-мя нитями необогащенного германия. Планируются два низкофоновых криостата с обогащенными детекторами общим весом 40 кг германия.

Электроформованные медные и свинцовые кирпичи защищают криостаты. Полиэтилен защищает установку и включает ФЭУ, действующие как вето. Промывка азотом удаляет следы радона.

Детекторы точечного контакта [ править ]

Используются германиевые детекторы P-типа с точечным контактом (PPC). [5] [6] Этот тип детектора был выбран по многим причинам, но главным образом потому, что детекторы PPC позволяют эффективно различать многократно рассеянный гамма-фон. Это происходит из-за того, что весовой потенциал имеет сильный пик вблизи небольшого электрода, а это означает, что по мере того, как заряд дрейфует к электроду, существует высокая вероятность увидеть отдельные сигналы от каждого энерговыделения, что позволяет отклонять события этих сигналов. Другие преимущества включают низкую емкость из-за небольших контактов, снижение электронных шумов и пороговых значений; и экранирование поверхности альфа-распада за счет толстого внешнего контакта n-типа.

Статус [ править ]

В декабре 2014 года Majorana Demonstrator находился в стадии строительства в подземной лаборатории Сэнфорда в Лиде, Южная Дакота. Ожидается, что первый модуль будет запущен в начале 2015 года, а полная эксплуатация ожидается в конце 2015 года. [7]

MALBEK работал в 2011–2012 годах на KURF (Подземный исследовательский центр Кимбаллтона ) в Вирджинии в качестве детектора WIMP для оценки PPC с широкой энергией (BEGe). Были изучены предыстория и поведение контактов. Сигнала не было, и проект мог быть конкурентным поиском маломассивных WIMP. [8]

Сбор данных начался в июне 2015 года. Строительство завершилось с окончательной конфигурацией, данные взяты с весны 2017 года. Первые результаты были объявлены в октябре 2017 года. Сбор данных продолжался по состоянию на 2018 год. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Klapdor-Kleingrothaus, HV; и другие. (2001). «Последние результаты эксперимента по двойному бета-распаду Гейдельберг – Москва». Европейский физический журнал . 12 (2): 147–154. arXiv : hep-ph / 0103062 . Bibcode : 2001EPJA ... 12..147K . CiteSeerX 10.1.1.341.9296 . DOI : 10.1007 / s100500170022 . 
  2. ^ Aalseth, CE; и другие. (2000). "Последние результаты эксперимента по двойному бета-распаду IGEX 76 Ge". Физика атомных ядер . 63 (7): 1225–1228. Bibcode : 2000PAN .... 63.1225A . DOI : 10.1134 / 1.855774 .
  3. ^ Тейлор, Дэн (1 апреля 2018 г.). «Массовое открытие Вселенной шокирует ученых» . MorningTicker.com . Проверено 1 апреля 2018 года .
  4. ^ Klapdor-Kleingrothaus HV; и другие. (2004). «Поиски безнейтринного двойного бета-распада с обогащенным 76 Ge в Гран-Сассо 1990-2003 гг.» . Физика Письма Б . 586 (3–4): 198–212. arXiv : hep-ph / 0404088 . Bibcode : 2004PhLB..586..198K . DOI : 10.1016 / j.physletb.2004.02.025 .
  5. ^ Люк П .; и другие. (1989). «Маломощный германиевый детектор большого объема с фигурным полем» . IEEE Transactions по ядерной науке . 36 (1): 926–930. Bibcode : 1989ITNS ... 36..926L . DOI : 10.1109 / 23.34577 .
  6. ^ Барбо П .; и другие. (2007). "Крупномасштабные сверхмалошумящие германиевые детекторы: характеристики и приложения в физике нейтрино и астрономических частиц". Журнал космологии и физики астрономических частиц . 2007 (9): 009. arXiv : nucl-ex / 0701012 . Bibcode : 2007JCAP ... 09..009B . DOI : 10.1088 / 1475-7516 / 2007/09/009 .
  7. ^ Xu, W .; и другие. (13 января 2015 г.). "Демонстратор Майораны: поиски безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge" . Журнал физики: Серия конференций . 606 (606): 012004. arXiv : 1501.03089 . Bibcode : 2015JPhCS.606a2004X . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 606/1/012004 .
  8. ^ "Поиск темной материи с MALBEK". 13-я Международная конференция по вопросам астрономической физики и подземной физики . 8 июля 2014 г.
  9. ^ Джузеппе, Винсенте (2018). «Новые результаты демонстрационного эксперимента Майорана». DOI : 10.5281 / zenodo.1286900 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Библиография [ править ]

  • Сотрудничество MAJORANA (2008). «Программа безейтринного двойного бета-распада MAJORANA - план НИОКР по установлению осуществимости эксперимента в масштабе 1 тонна». Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  • Phillips II, DG; и другие. (2011). «Эксперимент MAJORANA: поиск безнейтринного двойного бета-распада на сверхнизком фоне» . Журнал физики: Серия конференций . 381 (381): 012044. arXiv : 1111.5578 . Bibcode : 2012JPhCS.381a2044P . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 381/1/012044 .