SNOLAB — канадская подземная научная лаборатория, специализирующаяся на физике нейтрино и темной материи. Расположенная на глубине 2 км под поверхностью в никелевой шахте Крейтон компании Vale близ Садбери , Онтарио , SNOLAB представляет собой расширение существующих объектов, построенных для оригинального эксперимента по исследованию солнечных нейтрино в Нейтринной обсерватории Садбери (SNO).
Наземное здание SNOLAB. Доступ к подземным сооружениям осуществляется через близлежащий шахтный подъемник, эксплуатируемый Vale Limited
SNOLAB — самая глубокая в мире действующая чистая комната. Хотя доступ осуществляется через действующую шахту, сама лаборатория поддерживается как чистая комната класса 2000 с очень низким уровнем пыли и фоновой радиации . 2070 м (6800 футов) вскрышных пород SNOLAB обеспечивают 6010 метров водного эквивалента (MWE) защиты от космических лучей, обеспечивая низкофоновую среду для экспериментов, требующих высокой чувствительности и чрезвычайно низкой скорости счета. [1] Сочетание большой глубины и чистоты, которые обеспечивает SNOLAB, позволяет изучать чрезвычайно редкие взаимодействия и слабые процессы. В дополнение к физике нейтрино и темной материи, SNOLAB также является местом проведения биологических экспериментов в подземной среде.
История
Нейтринная обсерватория Садбери была самым глубоким подземным экспериментом в мире с тех пор, как эксперименты на золотом месторождении Колар прекратились с закрытием этого рудника в 1992 году. [2] Многие исследовательские коллективы были и остаются заинтересованными в проведении экспериментов на объекте мощностью 6000 МВт.
В 2002 году Канадский фонд инноваций одобрил финансирование для расширения объектов SNO в лабораторию общего назначения [3] , а в 2007 [4] и 2008 годах было получено дополнительное финансирование. [5]
Строительство основного лабораторного помещения было завершено в 2009 году [6], а вся лаборатория была введена в эксплуатацию как «чистое» помещение в марте 2011 года [7].
SNOLAB — самая глубокая подземная лаборатория в мире, с 2011 года ее сравнивают с подземной лабораторией Цзиньпин в Китае. Хотя над CJPL находится больше скал (2,4 км), эффективная глубина для научных целей определяется потоком мюонов космических лучей, а горное расположение CJPL пропускает больше мюонов сбоку, чем плоская покрывающая порода SNOLAB . Измеренные потоки мюонов0,27 мк/м²/день (3,1 × 10 −10 мк/см²/с ) в SNOLAB, [1] [ необходим лучший источник ] и0,305 ± 0,020 мк/м²/день ((3,53 ± 0,23) × 10 −10 мк/см²/с ) в CJPL, [8] привязано к погрешности измерения. (Для сравнения, скорость на поверхности, на уровне моря, составляет около 15 миллионов мк/м²/день.)
Преимущество CJPL заключается в меньшем количестве радиоизотопов в окружающей породе.
Эксперименты
По состоянию на ноябрь 2019 года [обновлять]в SNOLAB проводятся следующие эксперименты : [9] [10] [3] [11] [12]
Детекторы нейтрино
SNO+ — это нейтринный эксперимент с использованием оригинальной экспериментальной камеры SNO, но с использованием жидкого сцинтиллятора вместо тяжелой воды из SNO. Линейный алкилбензол , сцинтиллятор, увеличивает световой выход и, следовательно, чувствительность, позволяя SNO+ обнаруживать не только солнечные нейтрино, но и геонейтрино, и реакторные нейтрино. Конечной целью SNO+ является наблюдение безнейтринного двойного бета-распада (0vbb).
HALO ( обсерватория гелия и свинца ) — нейтронный детектор, использующий кольцевые свинцовые блоки для обнаружения нейтрино от сверхновых в нашей галактике. [13] [14] HALO является частью Системы раннего оповещения о сверхновых (SNEWS), международного сотрудничества нейтрино-чувствительных детекторов, которое предоставит астрономам возможность наблюдать первые фотоны, видимые после коллапса ядра сверхновой. [15]
Детекторы темной материи
DAMIC - Dark Matter in Charged Coupled Devices ( CCD ) – детектор темной материи , использующий необычно толстые CCD для получения изображений частиц, проходящих через детектор, с большой выдержкой. Различные частицы имеют известные сигнатуры, и DAMIC стремится найти что-то новое, что могло бы сигнализировать о частицах темной материи. [16] [17] [18] [19]
DEAP -3600 - Эксперимент по темной материи с использованием дискриминации по форме импульса аргона - это детектор темной материи второго поколения, использующий 3600 кг жидкого аргона. Целью этого эксперимента является обнаружение частиц темной материи типа WIMP посредством сцинтилляции аргона, производящей небольшое количество света, которое обнаруживается чрезвычайно чувствительными фотоумножительными трубками . [20] [21] [22]
PICO 40L, эксперимент третьего поколения по поиску темной материи с пузырьковой камерой , [10] [23] является результатом слияния бывших коллабораций PICASSO и COUPP. [24] [25] PICO работает с использованием перегретых жидкостей, которые образуют небольшие пузырьки, когда энергия выделяется при взаимодействии частиц. Эти пузырьки затем обнаруживаются высокоскоростными камерами и чрезвычайно чувствительными микрофонами. [26]
Биологические эксперименты
FLAME – Эксперимент с мухами в шахте – биологический эксперимент с использованием плодовых мушек в качестве модельного организма для изучения физических реакций на работу в условиях повышенного атмосферного давления под землей. [27]
РЕМОНТ – Исследование эффектов присутствия и отсутствия ионизирующего излучения – биологический эксперимент, изучающий влияние низкого фонового излучения на рост, развитие и механизмы восстановления клеток. [28]
Проекты в стадии строительства
SuperCDMS - Super-Cryogenic Dark Matter Search - это детектор темной материи второго поколения, использующий кристаллы кремния и германия, охлажденные до 10 мК, что на долю градуса выше абсолютного нуля . Целью этого эксперимента является обнаружение частиц темной материи с малой массой посредством очень малого выделения энергии в кристалле от столкновений частиц, что приводит к вибрациям, обнаруживаемым датчиками. [29] [30] [31] [32]
NEWS-G - Новые эксперименты со сферами–газом – это сферический пропорциональный счетчик электростатического детектора темной материи второго поколения, использующий благородные газы в газообразном состоянии, в отличие от жидких благородных газов, используемых в DEAP-3600 и miniCLEAN. Оригинальный эксперимент NEWS проводится в Laboratoire Souterrain de Modane . [33] [34]
Дополнительные запланированные эксперименты потребовали лабораторного пространства, например, для следующего поколения nEXO , [41] [42] [23] [43] [24] и LEGEND-1000 [44] [45] для поиска безнейтринного двойного бета-распада . [38] [40] Также есть планы по созданию более крупного детектора PICO-500L. [46]
Общая площадь подземных сооружений SNOLAB, включая технические помещения и помещения для персонала, составляет: [47] [48]
^ Мондал, Наба К. (январь 2004 г.). «Статус индийской нейтринной обсерватории (INO)» (PDF) . Труды Индийской национальной академии наук . 70 (1): 71–77 . Проверено 28 августа 2007 г.
^ ab "Канада выбирает 9 проектов для руководства международными исследованиями" (пресс-релиз). Канадский фонд инноваций. 2002-06-20 . Получено 21-09-2007 .
^ ab "Провинция поддерживает расширение самой глубокой лаборатории в мире, управляемой Карлтонским университетом" (пресс-релиз). Карлтонский университет . 2007-08-21 . Получено 2007-09-21 .
^ "Новое финансирование поддержит работу подземных лабораторий, поскольку SNOLAB близится к завершению" (PDF) (Пресс-релиз). SNOLAB. 2008-01-18 . Получено 2008-02-26 .
^ Дункан, Фрейзер (27.08.2009). «Состояние объекта SNOLAB» (PDF) .
^ "SNOLAB Updates April 2011". Архивировано из оригинала 2011-07-06 . Получено 2011-07-11 . Строительство лаборатории в настоящее время завершено. Все услуги были установлены во всех зонах. Последняя зона лаборатории теперь получила обозначение "чистая" и была открыта для заселения в марте 2011 года. Это означает, что вся лаборатория работает как чистая лаборатория и увеличивает общую площадь лаборатории примерно до 50 000 футов 2 .
^ Gui, Zuyi; et al. (совместная работа с JNE) (13 октября 2020 г.). «Измерение потока мюонов в подземной лаборатории Цзиньпин в Китае». Chinese Physics C. 45 ( 2): 025001. arXiv : 2007.15925 . doi : 10.1088/1674-1137/abccae. S2CID 220920141.( Китайская физика C , появится)
^ SNOLAB: Текущие эксперименты
^ abc Нобл, Тони (2014-01-31). Физика темной материи в SNOLAB и будущие перспективы (PDF) . Четвертый международный семинар по проектированию подземной лаборатории ANDES.
^ Дункан, Фрейзер (2015-08-24). Обзор фонда SNOLAB и текущая эволюция программы (PDF) . Семинар по планированию будущего SNOLAB 2015. Получено 2015-12-03 .
^ Джиллингс, Крис (9 сентября 2015 г.). Научная программа SNOLAB (PDF) . XIV Международная конференция по темам в области астрочастиц и подземной физики (TAUP2015). Турин . Получено 30 ноября 2015 г.
^ HALO, 2012 , получено 14 ноября 2019 г.
^ Обсерватория гелия и свинца, 2012 , получено 14 ноября 2019 г.
^ SNEWS: Система раннего оповещения о сверхновых, 2012 , получено 14 ноября 2019 г.
^ DAMIC сейчас работает в SNOLAB, 2019-07-29 , получено 2019-11-06
^ Кансело, Густаво (2014-01-31). Эксперимент DAMIC (PDF) . Четвертый международный семинар по проектированию подземной лаборатории ANDES.
↑ Филд, Луиза (23 апреля 2015 г.). «Крупнейший детектор темной материи поджидает антисоциальных WIMP». New Scientist . № 3108. В конце апреля он присоединится к другим подземным детекторам по всему миру в гонке за поиск темной материи.
^ ab "PICO: Поиск темной материи с помощью перегретых жидкостей". 2019-07-29.
^ ab Crisler, Michael B. (21 августа 2013 г.). Эксперимент с темной материей в пузырьковой камере PICO объемом 250 литров (PDF) . Семинар по планированию будущих проектов SNOLAB 2013 г. стр. 3. Получено 03.12.2015 г. PI CASSO + CO UPP = PICO
^ Нилсон, Рассел (2013-12-16). Отчет о состоянии COUPP/PICO (PDF) . Встреча всех экспериментаторов Фермилаб. стр. 7. Получено 2015-12-03 . COUPP и PICASSO объединились, чтобы сформировать сотрудничество PICO для поиска темной материи с помощью детекторов перегретой жидкости.
^ PICO: Поиск темной материи с помощью перегретых жидкостей, 2019-07-29 , получено 2019-11-15
^ FLAME, 2012 , получено 15 ноября 2019 г.
^ РЕМОНТ, 2012 , получено 15.11.2019
^ "Эксперимент второго поколения по темной материи приближается к SNOLAB" (пресс-релиз). SNOLAB. 2014-07-18 . Получено 2014-09-18 .
^ Новые эксперименты со сферами-газом, 2019 , получено 15.11.2019
^ «Эксперимент COUPP - E961».
^ Наука в SNOLAB
^ ab Behnke, E.; Behnke, J.; Brice, SJ; Broemmelsiek, D.; Collar, JI; Conner, A.; Cooper, PS; Crisler, M.; Dahl, CE; Fustin, D.; Grace, E.; Hall, J.; Hu, M.; Levine, I.; Lippincott, WH; Moan, T.; Nania, T.; Ramberg, E.; Robinson, AE; Sonnenschein, A.; Szydagis, M.; Vázquez-Jáuregui, E. (сентябрь 2012 г.). «Первые результаты поиска темной материи с помощью 4-килограммовой пузырьковой камеры CF 3 I, работающей глубоко под землей». Physical Review D . 86 (5): 052001–052009. arXiv : 1204.3094 . Бибкод : 2012PhRvD..86e2001B. doi :10.1103/PhysRevD.86.052001. S2CID 28797578. FERMILAB-PUB-12-098-AD-AE-CD-E-PPD.
^ abc Smith, Nigel JT (2013-09-08). «Развитие инфраструктуры для подземных лабораторий — опыт SNOLAB» (PDF) . 13-я Международная конференция по темам в области астрочастиц и подземной физики . Асиломар, Калифорния.{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ "Старый детектор COUPP, использующий технологию пузырьковой камеры для поиска темной материи. Он сейчас не работает, потому что у них есть детектор побольше, который нужно собрать и с которым можно поиграться!" (18.01.2013)
^ ab Smith, Nigel (17 июня 2015 г.). Advanced Instrumentation Techniques in SNOLAB (PDF) . Конгресс Канадской ассоциации физиков 2015 г.
^ Синклер, Дэвид (12 сентября 2013 г.). Научная программа SNOLAB. 13-я Международная конференция по темам в области астрочастиц и подземной физики. Асиломар, Калифорния . Получено 21 ноября 2014 г.
^ Pocar, Andrea (8 сентября 2014 г.). Поиск двойного бета-распада без нейтрино с EXO-200 и nEXO (PDF) . Neutrino Oscillation Workshop. Otranto . Получено 10.01.2015 .
^ Ян, Лян (8 июля 2016 г.). Состояние и перспективы экспериментов EXO-200 и nEXO (PDF) . XXVII Международная конференция по физике нейтрино и астрофизике. Лондон.Видео доступно на конференции Neutrino 2016 - пятница (часть 1) на YouTube .
^ "ЛЕГЕНДА-1000 | Легенда".
^ "SNOLAB проводит 2-й Международный саммит по будущему безнейтринного двойного бета-распада". 2 мая 2023 г.
^ Васкес-Хауреги, Эрик (25 июля 2017 г.). PICO-500L: Моделирование пузырьковой камеры объемом 500 л для поиска темной материи (PDF) . TAUP2017.
^ Нобл, Т. (2009-02-18). "SNOLAB: Исследования в области астрофизики частиц в Канаде" (PDF) . стр. 4.
^ Васкес-Хауреги, Эрик (2014-01-30). Развитие объектов и экспериментов в SNOLAB (PDF) . Четвертый международный семинар по проектированию подземной лаборатории ANDES.
Семенюк, Иван (22 марта 2014 г.). «Глубоко под землей в Канаде в поисках темной материи». The Globe and Mail . Получено 22 марта 2014 г.
Лармор, Адель (1 сентября 2008 г.). «Redpath завершает расширение SNOLAB стоимостью 65 миллионов долларов». Журнал Sudbury Mining Solutions Journal . Получено 03.12.2015 .
