www.wikidata.uk-ua.nina.az

XENON експеримент XENON дослідницький проект по вивченню темної матерії який проводиться в лабораторії Гран Сассо в Італ

XENON (експеримент)

XENON — дослідницький проект по вивченню темної матерії, який проводиться в лабораторії Гран Сассо в Італії. Дослідницька лабораторія знаходиться глибоко під землею, де вчені ставлять експерименти, намагаючись виявити і дослідити частинки темної матерії. Дослідники вважають, що ці слабко взаємодіючі масивні частинки (англ. Weakly interacting massive particles — WIMP) можна виявити, якщо фіксувати рідкі ядерні розпади і збурення в закритій камері, наповненій ксеноном. Теперішній детектор складається із двофазної часової проєкційної камери (ЧПК)[en].

Експеримент виявляє сцинтиляції та іонізації, які виникають внаслідок взаємодії частинок з рідким ксеноном, що дає можливість виявити проходження реакцій ядерного розпаду. Фіксація такого явища створить перше пряме експериментальне підтвердження існування частинок, які є кандидатами в темну матерію. В голові групи вчених-дослідників стоїть італійський фізик — професор колумбійського університету Єлена Апріле .

Принцип детектора ред.

Схема роботи двофазної ЧПК (Часова проєкційна камера)

В експерименті XENON використовується двофазна часова проєкційна камера[en] (англ. Time projection chamber — TPC), яка в нижній частині заповнена рідким ксеноном, а у верхній — газоподібним. Два масиви фотопомножувальних труб (ФПТ), один зверху детектора, де речовина в газоподібному стані (GXe), а інший — під рідким шаром ксенону (LXe), забезпечують детектування сцинтиляцій та світлової електролюмінесценції, коли заряджені частинки взаємодіють з речовиною в детекторі. Ділянка з активною речовиною детектора (рідкий та газоподібний газ) пронизана електричними полями. Електричне поле в газоподібній області повинно бути значно потужніше, щоб мати змогу вирвати електрони із області з рідкою речовиною.

Взаємодії частинок в рідкій речовині породжують сцинтиляції та іонізації. Швидкий спалах сцинтиляційного світіння породжує випромінювання ультрафіолетових фотонів із довжиною хвилі 178 нм. Цей сигнал фіксується у фотопомножувальних трубах (ФПТ) і позначається як сигнал S1. Ця методика достатньо чутлива, щоб детектувати одиничні фотоелектрони. Електричне поле, яке проходить через установку, забезпечує рекомбінацію всіх електронів, які утворились після взаємодії із зарядженими частинками у ЧПК. Ці електрони під впливом електричного поля зміщаються доверху області з рідким ксеноном. Потім іонізаційні частинки зміщаються в область газоподібного стану набагато сильнішим електричним полем. Це поле прискорює електрони до тієї межі, поки вони не утворять пропорційний сцинтиляційний сигнал, який фіксується у ФПТ і позначається як S2.

Детектор дозволяє отримати повну тривимірну картину процесу взаємодії частинок.. Електрони в області рідкого ксенону мають рівномірну швидкість зміщення у верхню область. Це дозволяє визначити глибину події, де сталась взаємодія, через затримки між сигналами S1 та S2. Точне місце події у координатній шкалі x-y отримують через розрахунок числа фотонів, які були зафіксовані кожною із ФПТ. У повній тривимірній картині координатною міткою (фідукційною областю) в детекторі є область біля нижньої стінки часової проєкційної камери в області рідкої речовини. В цій фідукційній області значно знижена кількість сторонній подій в порівнянні із регіоном, де відбувається їх активне детектування через самоекрануючі властивості рідкого ксенону. Це дозволяє отримати набагато вищу чутливість при реєстрації дуже рідких подій.

Очікується, що заряджені частинки, які пролітають через тіло детектору, будуть взаємодіяти і з електронами атомів ксенону, і з самими ядрами атомів ксенону. Для конкретної кількості енергії, яку вносять зіткнення частинок в детекторі, за допомогою відношення S2/S1 можна виділити та описати конкретно самі події ядерних та електронних зіткнень. Очікується, що це відношення буде більшим для електронних зіткнень, чим для ядерних.

XENON10 ред.

Експеримент XENON10 проводився у підземній лабораторії Гран Сассо протягом березня 2006 року. Підземне розміщення лабораторії забезпечило екранування, еквівалентне шару води завтовшки 3100 метрів. Крім того, сам детектор був додатково екранований, щоб ще зменшити фоновий шум на ЧПК. Взагалі XENON10 розцінювався як прототип детектора, основним його призначенням було довести ефективність самої концепції XENON, а також перевірити досяжність тих чи інших граничних значень, чутливість та фонову потужність. Детектор XENON10 містив 15 кілограм рідкого ксенону. Розміри чутливого об'єму ЧПК становили 20 см у діаметрі та 15 см у висоту.

XENON100 ред.

Кріостат і екран XENON100. Екран складається із зовнішньої оболонки, наповненої водою завтовшки 20 см, потім 20 см свинцевої обкладинки, потім 20 см поліетилену, і внутрішньої оболонки із 5-см шару міді.

Друга фаза детектора під назвою XENON100 містила уже 165 кг рідкого ксенону, із яких 62 кг припадало на область мішені, а все інше припадало на «active veto»-сенсор. ЧПК мала 30 см у діаметрі та 30 см заввишки.

XENON1T ред.

Будівництво третьої фази під назвою XENON1T почалося в залі B (Hall B) Гран Сассо у 2014 році. Проект детектора передбачає 3,5 тони ультра радіо-очищеного рідкого ксенону, із яких на фідукційну область буде припадати більше однієї тони. Детектор поміщений у наповнену водою оболонку заввишки 10 метрів, яка буде виконувати роль «мюонного вето». ЧПК буде мати 1 м у діаметрі та стільки ж у висоту.

На детекторі планується вивчити та протестувати деякі теоретичні моделі, що є кандидатами на суперсиметрію, такі як CMSSM.

Див. також ред.

Примітки ред.

  1. E. Aprile; The XENON100 Collaboration (2014). Observation and applications of single-electron charge signals in the XENON100 experiment. J. Phys. G: Nucl. Part. Phys 41: 035201. Bibcode:2014JPhG...41c5201A. arXiv:1311.1088. doi:10.1088/0954-3899/41/3/035201. 
  2. E. Aprile; The XENON100 Collaboration (2012). The XENON100 Dark Matter Experiment. Astropart. Phys. 35 (537-590). 
  3. E. Aprile; et al. (XENON) (2014). Analysis of The XENON100 Dark Matter Search Data. Astropart. Phys. 54 (11-24). 
  4. E. Aprile; The XENON10 Collaboration (2011). Design and Performance of The XENON10 Experiment. Astroparticle Physics 34: 679––698. Bibcode:2011APh....34..679A. arXiv:1001.2834. doi:10.1016/j.astropartphys.2011.01.006. 
  5. Roszkowski, Leszek; Sessolo, Enrico Maria; Williams, Andrew J. (11 серпня 2014). What next for the CMSSM and the NUHM: improved prospects for superpartner and dark matter detection. Journal of High Energy Physics 2014 (8). Bibcode:2014JHEP...08..067R. arXiv:1405.4289. doi:10.1007/JHEP08(2014)067. 

Посилання ред.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
XENON doslidnickij proekt po vivchennyu temnoyi materiyi yakij provoditsya v laboratoriyi Gran Sasso v Italiyi Doslidnicka laboratoriya znahoditsya gliboko pid zemleyu de vcheni stavlyat eksperimenti namagayuchis viyaviti i dosliditi chastinki temnoyi materiyi Doslidniki vvazhayut sho ci slabko vzayemodiyuchi masivni chastinki angl Weakly interacting massive particles WIMP mozhna viyaviti yaksho fiksuvati ridki yaderni rozpadi i zburennya v zakritij kameri napovnenij ksenonom Teperishnij detektor skladayetsya iz dvofaznoyi chasovoyi proyekcijnoyi kameri ChPK en Eksperiment viyavlyaye scintilyaciyi ta ionizaciyi yaki vinikayut vnaslidok vzayemodiyi chastinok z ridkim ksenonom sho daye mozhlivist viyaviti prohodzhennya reakcij yadernogo rozpadu Fiksaciya takogo yavisha stvorit pershe pryame eksperimentalne pidtverdzhennya isnuvannya chastinok yaki ye kandidatami v temnu materiyu V golovi grupi vchenih doslidnikiv stoyit italijskij fizik profesor kolumbijskogo universitetu Yelena Aprile Zmist 1 Princip detektora 2 XENON10 3 XENON100 4 XENON1T 5 Div takozh 6 Primitki 7 PosilannyaPrincip detektora red nbsp Shema roboti dvofaznoyi ChPK Chasova proyekcijna kamera V eksperimenti XENON vikoristovuyetsya dvofazna chasova proyekcijna kamera en angl Time projection chamber TPC yaka v nizhnij chastini zapovnena ridkim ksenonom a u verhnij gazopodibnim Dva masivi fotopomnozhuvalnih trub FPT odin zverhu detektora de rechovina v gazopodibnomu stani GXe a inshij pid ridkim sharom ksenonu LXe zabezpechuyut detektuvannya scintilyacij ta svitlovoyi elektrolyuminescenciyi koli zaryadzheni chastinki vzayemodiyut z rechovinoyu v detektori Dilyanka z aktivnoyu rechovinoyu detektora ridkij ta gazopodibnij gaz pronizana elektrichnimi polyami Elektrichne pole v gazopodibnij oblasti povinno buti znachno potuzhnishe shob mati zmogu virvati elektroni iz oblasti z ridkoyu rechovinoyu Vzayemodiyi chastinok v ridkij rechovini porodzhuyut scintilyaciyi ta ionizaciyi Shvidkij spalah scintilyacijnogo svitinnya porodzhuye viprominyuvannya ultrafioletovih fotoniv iz dovzhinoyu hvili 178 nm Cej signal fiksuyetsya u fotopomnozhuvalnih trubah FPT i poznachayetsya yak signal S1 Cya metodika dostatno chutliva shob detektuvati odinichni fotoelektroni 1 Elektrichne pole yake prohodit cherez ustanovku zabezpechuye rekombinaciyu vsih elektroniv yaki utvorilis pislya vzayemodiyi iz zaryadzhenimi chastinkami u ChPK Ci elektroni pid vplivom elektrichnogo polya zmishayutsya doverhu oblasti z ridkim ksenonom Potim ionizacijni chastinki zmishayutsya v oblast gazopodibnogo stanu nabagato silnishim elektrichnim polem Ce pole priskoryuye elektroni do tiyeyi mezhi poki voni ne utvoryat proporcijnij scintilyacijnij signal yakij fiksuyetsya u FPT i poznachayetsya yak S2 Detektor dozvolyaye otrimati povnu trivimirnu kartinu procesu vzayemodiyi chastinok 2 Elektroni v oblasti ridkogo ksenonu mayut rivnomirnu shvidkist zmishennya u verhnyu oblast Ce dozvolyaye viznachiti glibinu podiyi de stalas vzayemodiya cherez zatrimki mizh signalami S1 ta S2 Tochne misce podiyi u koordinatnij shkali x y otrimuyut cherez rozrahunok chisla fotoniv yaki buli zafiksovani kozhnoyu iz FPT U povnij trivimirnij kartini koordinatnoyu mitkoyu fidukcijnoyu oblastyu v detektori ye oblast bilya nizhnoyi stinki chasovoyi proyekcijnoyi kameri v oblasti ridkoyi rechovini V cij fidukcijnij oblasti znachno znizhena kilkist storonnij podij v porivnyanni iz regionom de vidbuvayetsya yih aktivne detektuvannya cherez samoekranuyuchi vlastivosti ridkogo ksenonu Ce dozvolyaye otrimati nabagato vishu chutlivist pri reyestraciyi duzhe ridkih podij Ochikuyetsya sho zaryadzheni chastinki yaki prolitayut cherez tilo detektoru budut vzayemodiyati i z elektronami atomiv ksenonu i z samimi yadrami atomiv ksenonu Dlya konkretnoyi kilkosti energiyi yaku vnosyat zitknennya chastinok v detektori za dopomogoyu vidnoshennya S2 S1 mozhna vidiliti ta opisati konkretno sami podiyi yadernih ta elektronnih zitknen 3 Ochikuyetsya sho ce vidnoshennya bude bilshim dlya elektronnih zitknen chim dlya yadernih XENON10 red Eksperiment XENON10 provodivsya u pidzemnij laboratoriyi Gran Sasso protyagom bereznya 2006 roku Pidzemne rozmishennya laboratoriyi zabezpechilo ekranuvannya ekvivalentne sharu vodi zavtovshki 3100 metriv Krim togo sam detektor buv dodatkovo ekranovanij shob she zmenshiti fonovij shum na ChPK Vzagali XENON10 rozcinyuvavsya yak prototip detektora osnovnim jogo priznachennyam bulo dovesti efektivnist samoyi koncepciyi XENON a takozh pereviriti dosyazhnist tih chi inshih granichnih znachen chutlivist ta fonovu potuzhnist Detektor XENON10 mistiv 15 kilogram ridkogo ksenonu Rozmiri chutlivogo ob yemu ChPK stanovili 20 sm u diametri ta 15 sm u visotu 4 XENON100 red nbsp Kriostat i ekran XENON100 Ekran skladayetsya iz zovnishnoyi obolonki napovnenoyi vodoyu zavtovshki 20 sm potim 20 sm svincevoyi obkladinki potim 20 sm polietilenu i vnutrishnoyi obolonki iz 5 sm sharu midi Druga faza detektora pid nazvoyu XENON100 mistila uzhe 165 kg ridkogo ksenonu iz yakih 62 kg pripadalo na oblast misheni a vse inshe pripadalo na active veto sensor ChPK mala 30 sm u diametri ta 30 sm zavvishki XENON1T red Budivnictvo tretoyi fazi pid nazvoyu XENON1T pochalosya v zali B Hall B Gran Sasso u 2014 roci Proekt detektora peredbachaye 3 5 toni ultra radio ochishenogo ridkogo ksenonu iz yakih na fidukcijnu oblast bude pripadati bilshe odniyeyi toni Detektor pomishenij u napovnenu vodoyu obolonku zavvishki 10 metriv yaka bude vikonuvati rol myuonnogo veto ChPK bude mati 1 m u diametri ta stilki zh u visotu Na detektori planuyetsya vivchiti ta protestuvati deyaki teoretichni modeli sho ye kandidatami na supersimetriyu taki yak CMSSM 5 Div takozh red WIMP CRESST DAMA NaIPrimitki red E Aprile The XENON100 Collaboration 2014 Observation and applications of single electron charge signals in the XENON100 experiment J Phys G Nucl Part Phys 41 035201 Bibcode 2014JPhG 41c5201A arXiv 1311 1088 doi 10 1088 0954 3899 41 3 035201 E Aprile The XENON100 Collaboration 2012 The XENON100 Dark Matter Experiment Astropart Phys 35 537 590 E Aprile et al XENON 2014 Analysis of The XENON100 Dark Matter Search Data Astropart Phys 54 11 24 E Aprile The XENON10 Collaboration 2011 Design and Performance of The XENON10 Experiment Astroparticle Physics 34 679 698 Bibcode 2011APh 34 679A arXiv 1001 2834 doi 10 1016 j astropartphys 2011 01 006 Roszkowski Leszek Sessolo Enrico Maria Williams Andrew J 11 serpnya 2014 What next for the CMSSM and the NUHM improved prospects for superpartner and dark matter detection Journal of High Energy Physics 2014 8 Bibcode 2014JHEP 08 067R arXiv 1405 4289 doi 10 1007 JHEP08 2014 067 Posilannya red Sajt eksperimentu XENON Arhivovano 31 travnya 2019 u Wayback Machine domashnya storinka XENON Arhivovano 21 sichnya 2009 u Wayback Machine na sajti Kolumbijskogo universitetu domashnya storinka XENON Arhivovano 20 grudnya 2016 u Wayback Machine na sajti Cyurihskogo universitetu domashnya storinka XENON na sajti universitetu Rajsa domashnya storinka XENON Arhivovano 27 grudnya 2009 u Wayback Machine na sajti Braunskogo universitetu domashnya storinka XENON na sajti Kalifornijskogo universitetu u Los Andzhelesi Dark matter limit plotter z ostannimi rezultatami po eksperimentu XENON ta inshimi Enlightening the dark CERN Courier 27 veresnya 2013 roku Arhivovano 4 sichnya 2014 u Wayback Machine Angle J 2008 First Results from the XENON10 Dark Matter Experiment at the Gran Sasso National Laboratory Physical Review Letters 100 2 021303 Bibcode 2008PhRvL 100b1303A PMID 18232850 arXiv 0706 0039 doi 10 1103 PhysRevLett 100 021303 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title XENON eksperiment amp oldid 36257516