stringtranslate.com

МАЙОРАНА

Медный вакуумный криостат MAJORANA Demonstrator, показывающий цепочки детекторов (бирюзовый).
Демонстратор МАЙОРАНЫ.

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

Первым этапом проекта является Майорановский демонстратор ( MJD ), предназначенный для демонстрации техники и оценки эксперимента тоннового масштаба.

Криостаты, вмещающие до 40 кг детекторов из природного и обогащенного германия, устанавливаются в низкофоновых вакуумных криостатах под землей (1480 м) в подземной лаборатории Сэнфорда в Лиде, Южная Дакота . Вслед за Демонстратором коллаборация намерена объединиться с коллаборацией GERDA для создания гораздо более масштабного эксперимента под названием LEGEND, см. [1].

Физика

Цель проекта — поиск распада 0νββ в 76 Ge с помощью детекторов HPGe. Наблюдение 0νββ позволило бы установить, что нейтрино является майорановской частицей , и продемонстрировать нарушение сохранения лептонного числа , подтвердив, что механизм качелей объясняет масштаб масс нейтрино. Это также наложит ограничения на абсолютную массу нейтрино.

Основная цель Majorana Demonstrator - продемонстрировать возможность достижения фона, необходимого в эксперименте тоннового масштаба. Это соответствует 4 отсчетам/тонну/год в окне 4 кэВ около значения 0νββ Q , равного 2039 кэВ, которое масштабируется до 1 отсчетов/тонну/год в эксперименте в тонновом масштабе. В эксперименте будет использоваться смесь детекторов, изготовленных из природного и обогащенного германия, что позволит подтвердить или опровергнуть спорное утверждение Клапдора-Кляйнгротхауса и др. о наблюдении 0νββ в 76 Ge. (эксперимент Гейдельберг-Москва). [4] Если достигнут достаточно низкий уровень электронного шума, Демонстратор может также заняться поиском вимпов и аксионов.

Дизайн

Дрейф заряда при многократном рассеянии гамма-излучения в коаксиальных и точечно-контактных детекторах.

Демонстратор Майораны будет проходить в три этапа. Вводится в эксплуатацию прототип криостата , содержащего 3 нитки 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 в себя ФЭУ , которые действуют как вето. Промывка азотом удаляет следы радона.

Точечные контактные детекторы

Используются германиевые точечные контактные детекторы P-типа (PPC). [5] [6] Этот тип детектора был выбран по многим причинам, но главным образом потому, что детекторы PPC позволяют эффективно различать гамма-фоны многократного рассеяния. Это происходит из-за того, что весовой потенциал имеет сильный пик вблизи маленького электрода, а это означает, что по мере дрейфа заряда к электроду существует высокая вероятность увидеть отдельные сигналы от каждого энерговыделения, что позволяет отклонить события, связанные с этими сигналами. Другие преимущества включают низкую емкость благодаря малым контактам, снижение электронных шумов и порогов; а экранирующая поверхность альфа распадается из-за толстого внешнего контакта n-типа.

Положение дел

В декабре 2014 года демонстратор Майораны строился в подземной лаборатории Сэнфорда в Лиде, Южная Дакота. Ожидалось, что первый модуль будет запущен в начале 2015 года, а полная эксплуатация ожидается в конце 2015 года. [7]

MALBEK использовался в 2011–2012 годах в KURF (Подземный исследовательский центр Кимбаллтона) в Вирджинии в качестве детектора WIMP для оценки PPC широкой энергии (BEGe). Были изучены предыстория и поведение контактов. Никакого сигнала не было замечено, и проект мог представлять собой конкурентный поиск вимпов малой массы. [8]

Сбор данных начался в июне 2015 года. Строительство завершилось, и с весны 2017 года были получены данные об окончательной конфигурации. Первые результаты были объявлены в октябре 2017 года. Сбор данных продолжился по состоянию на 2018 год. [9]

3 марта 2021 года Майорана Демонстратор прекратил работу с детекторами из обогащенного германия в рамках подготовки к эксперименту ЛЕГЕНДА. Детекторы из обогащенного германия работали с июня 2015 года в подземном исследовательском центре Сэнфорд в Южной Дакоте . В марте 2021 года детекторы из обогащенного германия были извлечены из экспериментальной установки и отправлены на компанию LNGS в Италию для использования в эксперименте LEGEND-200. Однако экспериментальная установка Majorana Demonstrator продолжает работать, и планируется продолжить работу после марта 2021 года с использованием германиевых детекторов, изготовленных из природного (необогащенного) германия (т.е. только детекторы из обогащенного германия прекратили свою работу и были сняты с Majorana Demonstrator в марте 2021 года). ). [10]

Рекомендации

  1. ^ Клапдор-Кляйнгротхаус, HV; и другие. (2001). «Последние результаты эксперимента по двойному бета-распаду Гейдельберга-Москвы». Европейский физический журнал А. 12 (2): 147–154. arXiv : hep-ph/0103062 . Бибкод : 2001EPJA...12..147K. CiteSeerX 10.1.1.341.9296 . дои : 10.1007/s100500170022. S2CID  1249984. 
  2. ^ Алсет, CE; и другие. (2000). «Недавние результаты эксперимента по двойному бета-распаду IGEX 76 Ge». Физика атомных ядер . 63 (7): 1225–1228. Бибкод : 2000PAN....63.1225A. дои : 10.1134/1.855774. S2CID  123335600.
  3. ↑ Тейлор, Дэн (1 апреля 2018 г.). «Масштабное открытие о Вселенной шокирует учёных». MorningTicker.com . Проверено 1 апреля 2018 г.
  4. ^ Клапдор-Кляйнгротхаус HV; и другие. (2004). «Поиск безнейтринного двойного бета-распада с обогащенным 76Ge в Гран-Сассо 1990-2003 гг.». Буквы по физике Б. 586 (3–4): 198–212. arXiv : hep-ph/0404088 . Бибкод : 2004PhLB..586..198K. дои : 10.1016/j.physletb.2004.02.025 .
  5. ^ Люк П.; и другие. (1989). «Малоемкостный германиевый детектор с профилированным полем большого объема». Транзакции IEEE по ядерной науке . 36 (1): 926–930. Бибкод : 1989ITNS...36..926L. дои : 10.1109/23.34577.
  6. ^ Барбо П.; и другие. (2007). «Большие по массе сверхмалошумящие германиевые детекторы: характеристики и применение в физике нейтрино и астрочастиц». Журнал космологии и физики астрочастиц . 2007 (9): 009. arXiv : nucl-ex/0701012 . Бибкод : 2007JCAP...09..009B. дои : 10.1088/1475-7516/2007/09/009. S2CID  16344445.
  7. ^ Сюй, В.; и другие. (13 января 2015 г.). «Майорановский демонстратор: поиск безнейтринного двойного бета-распада 76Ge». Физический журнал: серия конференций . 606 (606): 012004.arXiv : 1501.03089 . Бибкод : 2015JPhCS.606a2004X. дои : 10.1088/1742-6596/606/1/012004 .
  8. ^ "Поиск темной материи с МАЛЬБЕКОМ" . 13-я Международная конференция по проблемам астрочастиц и подземной физики . 8 июля 2014 г.
  9. ^ Джузеппе, Винсенте (2018). «Новые результаты демонстрационного эксперимента Майораны». дои : 10.5281/zenodo.1286900. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  10. ^ «Эксперимент Майораны прекращает сбор данных с помощью обогащенных детекторов | ORNL» .

Библиография