PICO — это эксперимент по поиску прямых доказательств темной материи с использованием пузырьковой камеры с хлорфторуглеродом ( фреоном ) в качестве активной массы. Он находится в SNOLAB в Канаде.
Он был образован в 2013 году в результате слияния двух похожих экспериментов, PICASSO и COUPP . [1] [2]
PICASSO ( P roject In CA nada to S earch for S supersymymmetric O bjects, или Projet d'I dentification de CA ndidats S uperssymétriques SO mbres на французском языке) был международным сотрудничеством с участниками из Университета Монреаля , Университета Квинс , Университета Индианы в Саут-Бенде и Чешского технического университета в Праге , Университета Альберты , Университета Лаврентия и BTI, Чок-Ривер, Онтарио. PICASSO был в основном чувствителен к спин -зависимым взаимодействиям слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP) с атомами фтора .
COUPP ( Chicagoland O bservatory for Underground P article Physics ) был похожим проектом с участниками из Fermilab , University of Chicago и Indiana University . Прототипы были испытаны в дальнем зале эксперимента MINOS , а масштабный эксперимент также работал в SNOLAB. В качестве среды использовался трифториодометан ( CF3I ).
Детектор пузырьков — это чувствительное к излучению устройство, которое использует небольшие капли перегретой жидкости, взвешенные в гелевой матрице. [3] Он использует принцип пузырьковой камеры , но поскольку только небольшие капли могут проходить фазовый переход за раз, детектор может оставаться активным в течение гораздо более длительного времени, чем классическая пузырьковая камера. Когда в каплю вкладывается достаточно энергии ионизирующим излучением, перегретая капля проходит фазовый переход и становится газовым пузырьком. Детекторы PICASSO содержат капли фреона со средним диаметром200 мкм . Развитие пузырьков в детекторе сопровождается акустической ударной волной, которая улавливается пьезоэлектрическими датчиками. Главное преимущество метода пузырькового детектора заключается в том, что детектор практически нечувствителен к фоновому излучению . Чувствительность детектора можно регулировать, изменяя температуру капель. Детекторы, загруженные фреоном, обычно работают при температурах от 15 до 55 °C (от 60 до 130 °F).
Обоснованность концепции детектора пузырьков была продемонстрирована в нескольких публикациях. [4] В Европе существует еще один похожий эксперимент с использованием этой техники под названием SIMPLE .
Эксперимент PICASSO проводился в SNOLAB. Он имел два научных запуска: первый с 2 (результаты опубликованы в 2009 году), а затем с 10 (результаты опубликованы в 2012 году) элементами детектора. Окончательная конфигурация детектора имела 32 элемента детектора (результаты не опубликованы). Он не обнаружил сигнала темной материи.
Сотрудничество COUPP управляло пузырьковой камерой в Фермилабе в 2011-2012 годах. Частицы из пучка ускорителя частиц были направлены в камеру для оценки технологии обнаружения темной материи.
Сотрудничество COUPP использовало пузырьковую камеру с 3,5 кг CF3I в подземной зоне MINOS в Fermilab. Результаты были опубликованы в январе 2011 года. Сотрудничество COUPP также использовало ту же пузырьковую камеру с 4 кг CF3I в SNOLAB с сентября 2010 года по август 2011 года. Результаты SNOLAB (также называемые COUPP-4 кг) были опубликованы в 2012 году. Темная материя не была обнаружена.
PICASSO сообщает о результатах (ноябрь 2009 г.) для спин-зависимых взаимодействий WIMP на 19 F. Сигнал темной материи не обнаружен, но для масс WIMP24 ГэВ/ c Получены 2 новых строгих предела для спин-зависимого сечения рассеяния WIMP на 19 F13,9 пб (90% CL ). Этот результат был преобразован в предел поперечного сечения для взаимодействий WIMP на протонах0,16 пб (90% CL). Полученные пределы ограничивают недавние интерпретации эффекта годовой модуляции DAMA/LIBRA в терминах спин-зависимых взаимодействий. [5]
Новые результаты были опубликованы в мае 2012 года с использованием 10 детекторов с общей экспозицией14 кг·д , чтобы ограничить взаимодействие WIMP с малой массой на 19 F. [6] Наилучшие спин-зависимые пределы были получены для массы WIMP 20 ГэВ/c 2 : 0,032 пб (90% CL) для сечения протона. Для спин-независимой области сечения с малой массой около 7 ГэВ:1,41 × 10−4 пб верхний предел (90% CL )
Проект PICO начался, когда группы PICASSO и COUPP объединились в 2013 году. Эксперимент PICO проводится в SNOLAB , Канада, в шахте на глубине 2 км. По состоянию на 2018 год, сотрудничество PICO провело два эксперимента в SNOLAB: пузырьковая камера под названием PICO-2L и камера под названием PICO-60 (ранее называвшаяся COUPP-60), где числа 2 и 60 относятся к объему (в литрах) целевого материала в каждой камере. Используемым целевым материалом был C 3 F 8 . Более крупная версия эксперимента планируется с 2018 года. Более крупная версия будет иметь целевой объем 250-500 литров (называемая PICO-250 или PICO-500 соответственно). [7]
PICO-2L: PICO-2L была первой пузырьковой камерой, которая начала работу в октябре 2013 года. Ее научные запуски проводились с октября 2013 года по май 2014 года (научный запуск 1) и с февраля 2015 года по ноябрь 2015 года (научный запуск 2). PICO-2L была выведена из эксплуатации в 2016 году.
PICO-60: PICO-60 последовал за PICO-2L. Он начал сбор данных в 2013 году, и этот первый научный запуск продолжался до мая 2014 года. Для этого первого запуска детектор был заполнен CF 3 I , и детектор использовал только около половины своей емкости с точки зрения активного объема (активный объем составлял 25 литров). После этого первого запуска детектор был отремонтирован, целевой материал был переключен на C 3 F 8 , а активный объем был увеличен до полной емкости (53 литра). Работы по восстановлению были завершены, и второй научный запуск начался летом 2016 года. Второй научный запуск закончился летом 2017 года, после чего PICO-60 был выведен из эксплуатации.
PICO-40L: Экспериментальная станция PICO-60 используется для новой пузырьковой камеры под названием PICO-40L. PICO-40L — это новый тип пузырьковой камеры, техническая структура которой исключает необходимость в буферной жидкости, которая является источником шума измерения. Строительство PICO-40L началось в SNOLAB в 2019 году и было завершено в 2020 году. В настоящее время новые системы детектора вводятся в эксплуатацию. [8]
PICO-500L: PICO-500 — это детектор следующего поколения, который построен на принципе, продемонстрированном PICO-2L, -60 и -40L. Масштабированный детектор будет иметь активный объем около 250 литров и будет использовать синтетический кварцевый сосуд, как и PICO-2L, PICO-60 и PICO-40L до него. В настоящее время сотрудничество PICO работает над окончательным дизайном конструкции PICO-500, уделяя особое внимание внутреннему сосуду и сосуду высокого давления. PICO планирует эксплуатировать PICO-500 с C3F8, чтобы достичь ведущей в мире чувствительности к связи темной материи с обычной материей через ее спин. Эксперимент получил полное финансирование от CFI и канадских провинций. SNOLAB одобрил концептуальный дизайн эксперимента и выделил место в подземном помещении для PICO-500 в кубическом зале лаборатории. [9]
В рамках сотрудничества PICO также имеется ряд пузырьковых камер, используемых для калибровки (не для обнаружения темной материи), например, камеры CIRTE (COUPP Iodine Recoil Efficiency) и PICO-0.1.
Коллаборации PICASSO и COUPP объединились в 2013 году, образовав коллаборацию PICO.
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь ) ; Отсутствует или пусто |title=( помощь )