PandaX
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PandaX
Nombres alternativosDetector de partículas y xenón astrofísico Edita esto en Wikidata
Ubicación (es)Sichuan , República Popular China
Coordenadas28 ° 12'N 101 ° 42'E  /  28.2 ° N 101.7 ° E / 28,2; 101,7 Coordenadas: 28 ° 12'N 101 ° 42'E  /  28.2 ° N 101.7 ° E  / 28,2; 101,7 Edita esto en Wikidata
OrganizaciónChina Laboratorio subterráneo de Jinping Edita esto en Wikidata
Estilo telescopiodetector de partículas Edita esto en Wikidata
Sitio webpandax .sjtu .edu .cn Edita esto en Wikidata
PandaX se encuentra en China
PandaX
Ubicación de PandaX
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El detector de partículas y xenón astrofísico , o PandaX , es un experimento de detección de materia oscura en el Laboratorio Subterráneo de China Jinping (CJPL) en Sichuan , China. [1] El experimento ocupa el laboratorio subterráneo más profundo del mundo y se encuentra entre los más grandes de su tipo.

Participantes

El experimento está dirigido por un equipo internacional de unos 40 científicos, dirigido por investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai de China . [2] El proyecto comenzó en 2009 con investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, la Universidad de Shandong , el Instituto de Física Aplicada de Shanghai ( zh ) y la Academia de Ciencias de China . [3] [4] Investigadores de la Universidad de Maryland , la Universidad de Pekín y la Universidad de Michigan se unieron dos años más tarde. [3] El equipo de PandaX también incluye miembros delCompañía de Desarrollo Hidroeléctrico Ertan . [5] Científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China , el Instituto de Energía Atómica de China y la Universidad Sun Yat-Sen se unieron a PandaX en 2015. [6]

Diseño y construcción

PandaX es un experimento de detección directa, que consiste en un detector de cámara de proyección de tiempo de xenón (TPC) de fase dual . [1] El uso de fases líquidas y gaseosas de xenón, de manera similar a los experimentos XENON y LUX , permite determinar la ubicación de los eventos y vetar los eventos de rayos gamma . [4] Además de buscar eventos de materia oscura, PandaX está diseñado para detectar la desintegración beta doble sin neutrinos Xe-136 . [4]

Laboratorio

PandaX está ubicado en el Laboratorio Subterráneo de China Jinping (CJPL), el laboratorio subterráneo más profundo del mundo a más de 2.400 metros (1,5 millas) bajo tierra. [2] [7] La profundidad del laboratorio significa que el experimento está mejor protegido de la interferencia de rayos cósmicos que detectores similares, lo que permite escalar el instrumento más fácilmente. [8] El flujo de muones en CJPL es de 66 eventos por metro cuadrado por año, en comparación con 950 eventos / m 2 / año en la instalación de investigación subterránea de Sanford , hogar del experimento LUX, y 8.030 eventos / m 2 / año en el Gran Laboratorio Sassoen Italia, hogar del detector XENON. [4] La canica de Jinping también es menos radiactiva que la roca de Homestake y Gran Sasso, lo que reduce aún más la frecuencia de detecciones falsas. [4] [7] Wolfgang Lorenzon, un investigador colaborador de la Universidad de Michigan, ha comentado que "la gran ventaja es que PandaX es mucho más barato y no necesita tanto material de protección" como detectores similares. [7]

Etapas operativas

Como la mayoría de la física de fondo bajo, el experimento está construyendo múltiples generaciones de detectores, cada uno de los cuales sirve como prototipo para el siguiente. Un tamaño más grande permite una mayor sensibilidad, pero esto sólo es útil si se puede evitar que los "eventos de fondo" no deseados inunden los deseados; También se requieren límites cada vez más estrictos sobre la contaminación radiactiva. Las lecciones aprendidas en generaciones anteriores se utilizan para construir las posteriores.

La primera generación, PandaX-I , operó hasta finales de noviembre de 2014. [9] : 15 Utilizaba 120 kg (260 lb) de xenón (de los cuales 54 kg (119 lb) sirvieron como masa fiducial ) [10] : 7 , 10 para sondear el régimen de masa baja (<10  GeV ) y verificar las señales de materia oscura informadas por otros experimentos de detectores. [1] [8] PandaX-I fue el primer experimento de materia oscura en China en usar más de 100 kg de xenón en su detector, y su tamaño fue superado solo por el experimento LUX en los Estados Unidos. [2]

PandaX-II , finalizado en marzo de 2015 y actualmente en funcionamiento, utiliza 500 kilogramos (1100 lb) de xenón (aproximadamente 300 kg fiducual) [10] : 24-25 para probar el régimen de 10 a 1000 GeV. [1] [8] [7] El PandaX-II reutiliza el escudo, el recipiente exterior, la criogenia, el hardware de purificación y la infraestructura general de la primera versión, pero utiliza una cámara de proyección de tiempo mucho más grande, un recipiente interior de mayor pureza (mucho menos 60 Co ) acero inoxidable radiactivo y criostato [4] [11]

El costo de construcción de PandaX se estima en US $ 15 millones, con un costo inicial de $ 8 millones para la primera etapa. [8] [7]

PandaX-II produjo algunos resultados preliminares de física de una breve puesta en servicio a finales de 2015 (del 21 de noviembre al 14 de diciembre) [11] antes de la ejecución de física principal actualmente en curso hasta 2018. [12] : 213 [10] : 24

PandaX-II es significativamente más sensible que los detectores XENON100 de 100 kg y LUX de 250 kg . [10] : 25 [12] XENON100, en Italia , en los tres o cuatro años anteriores a 2014, produjo las sensibilidades más altas en un amplio rango de masas WIMP , [3] [8] pero fue superado por PandaX-II. [12] : 213 Los resultados más recientes sobre la sección transversal de dispersión de nucleón WIMP independiente de espín de PandaX-II se publicaron en 2017. [13] En septiembre de 2018, el XENON1TEl experimento publicó sus resultados de 278,8 días de datos recopilados y estableció un nuevo límite récord para las interacciones elásticas independientes de espín WIMP-nucleón. [14]

Las siguientes etapas de PandaX se denominan PandaX-xT . Se está construyendo una etapa intermedia con un objetivo de cuatro toneladas ( PandaX-4T ) en el laboratorio CJPL-II de la segunda fase. El objetivo final es construir un detector de materia oscura de tercera generación, que contendrá treinta toneladas de xenón en la región sensible. [6]

Resultados iniciales

La mayoría del equipo experimental PandaX se transportó desde la Universidad Jiao Tong de Shanghai al Laboratorio Subterráneo Jinping de China en agosto de 2012, y en 2013 se llevaron a cabo dos pruebas de ingeniería. [3] La ejecución inicial de recopilación de datos (PandaX-I) comenzó en mayo 2014. Los resultados de esta ejecución se publicaron en septiembre de 2014 en la revista Science China Physics, Mechanics & Astronomy . En la ejecución inicial, se registraron alrededor de 4 millones de eventos sin procesar, con alrededor de 10,000 en la región energética esperada para la materia oscura WIMP . De estos, solo 46 eventos se registraron en el silencioso núcleo interno del objetivo de xenón. Estos eventos fueron consistentes con la radiación de fondo., en lugar de materia oscura. La falta de una señal de materia oscura observada en la ejecución de PandaX-I impone fuertes limitaciones a las señales de materia oscura informadas anteriormente de experimentos similares. [2]

Recepción

Stefan Funk del SLAC National Accelerator Laboratory ha cuestionado la conveniencia de tener muchos experimentos separados de materia oscura de detección directa en diferentes países, comentando que "gastar todo nuestro dinero en diferentes experimentos de detección directa no vale la pena". [8] Xiangdong Ji, portavoz de PandaX y físico de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, admite que es poco probable que la comunidad internacional admita más de dos detectores de varias toneladas, pero sostiene que tener muchos grupos trabajando conducirá a una mejora más rápida en la tecnología de detección. . [8] Richard Gaitskell, portavoz del experimento LUX y profesor de física en la Universidad de Brown., comentó, "Estoy emocionado de ver a China desarrollando un programa de física fundamental". [7]

Referencias

  1. ^ a b c d "Experimento de materia oscura PandaX" . Universidad Jiao Tong de Shanghai .
  2. ^ a b c d "Primeros resultados de búsqueda de materia oscura del laboratorio subterráneo chino que aloja el experimento PandaX-I" . Phys.org . 30 de septiembre de 2014.
  3. ^ a b c d "Los científicos chinos buscan evidencia de partículas de materia oscura con un nuevo detector subterráneo PandaX" . Phys.org. 23 de julio de 2014.
  4. ↑ a b c d e f Ji, Xiangdong (5 de junio de 2013). "PandaX: Experimento de búsqueda directa de materia oscura en el laboratorio subterráneo de Jinping en China" (PDF) . Simposio de Física de Partículas y Cosmología de Shanghai 2013 . Universidad Jiao Tong de Shanghai.
  5. ^ "Experimento de materia oscura PandaX: equipo" . Universidad Jiao Tong de Shanghai .
  6. ↑ a b Ji, Xiangdong (7 al 11 de agosto de 2017). Búsqueda de materia oscura PandaX (PDF) . TeVPA 2017 .
  7. ↑ a b c d e f Strickland, Eliza (29 de enero de 2014). "El detector subterráneo de materia oscura más profundo que se pondrá en marcha en China" . Espectro IEEE . IEEE.
  8. ↑ a b c d e f g Reich, Eugenie Samuel (20 de febrero de 2013). "La caza de la materia oscura se profundiza" . Naturaleza . Nature Publishing Group . 494 (7437): 291-292. Código Bibliográfico : 2013Natur.494..291S . doi : 10.1038 / 494291a . PMID 23426301 . 
  9. ^ Giboni, Karl (15-17 de diciembre de 2014). Resultados de PandaX y Outlook (PDF) . Séptimo simposio sobre grandes TPC para la detección de eventos raros de baja energía . París.
  10. ↑ a b c d Liu, Jianglai (7 a 11 de septiembre de 2015). El experimento PandaX y los resultados de la exposición total de PandaX-I (PDF) . XIV Congreso Internacional sobre Temas de Astropartículas y Física Subterránea . Torino.
  11. ^ a b Tan, Andi; et al. (Colaboración PandaX-II) (2016). "Resultados de búsqueda de materia oscura de la ejecución de puesta en servicio de PandaX-II". Phys. Rev. D . 93 (12): 122009. arXiv : 1602.06563 . Código bibliográfico : 2016PhRvD..93l2009T . doi : 10.1103 / PhysRevD.93.122009 . S2CID 14367942 . 
  12. ^ a b c Liu, Jianglai; Chen, Xun; Ji, Xiangdong (2 de marzo de 2017). "Estado actual de los experimentos directos de detección de materia oscura". Física de la naturaleza . 13 (3): 212–216. arXiv : 1709.00688 . Código bibliográfico : 2017NatPh..13..212L . doi : 10.1038 / nphys4039 . S2CID 119425199 . 
  13. ^ Colaboración PandaX-II; Tan, Andi; Xiao, Mengjiao; Cui, Xiangyi; Chen, Xun; Chen, Yunhua; Fang, Deqing; Fu, Changbo; Giboni, Karl (16 de septiembre de 2016). "Resultados de materia oscura de los primeros 98,7 días de datos del experimento PandaX-II". Cartas de revisión física . 117 (12): 121303. arXiv : 1607.07400 . Código Bibliográfico : 2016PhRvL.117l1303T . doi : 10.1103 / PhysRevLett.117.121303 . PMID 27689262 . S2CID 31737914 .  
  14. ^ Aprile, E .; et al. (Colaboración XENON) (2018). "Resultados de búsqueda de materia oscura de una exposición de una tonelada-año de XENON1T" . Cartas de revisión física . 121 (11): 111302. arXiv : 1805.12562 . Código Bibliográfico : 2018PhRvL.121k1302A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.121.111302 . PMID 30265108 . 
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