PandaX - PandaX
| Nomes alternativos | Detector de Xenon Astrofísico e Partículas 
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| Localizações) | Sichuan , PRC |
| Coordenadas |
28 ° 12′N 101 ° 42′E / 28,2 ° N 101,7 ° E Coordenadas: 28 ° 12′N 101 ° 42′E / 28,2 ° N 101,7 ° E
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| Organização |
Laboratório subterrâneo de Jinping na China
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| Estilo telescópio |
detector de partículas
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| Local na rede Internet |
pandax
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  Localização do PandaX | |
O Detector de Xenon Astrofísico e Partículas , ou PandaX , é um experimento de detecção de matéria escura no China Jinping Underground Laboratory (CJPL) em Sichuan , China. O experimento ocupa o laboratório subterrâneo mais profundo do mundo e está entre os maiores de seu tipo.
Participantes
O experimento é conduzido por uma equipe internacional de cerca de 40 cientistas, liderada por pesquisadores da Universidade Jiao Tong, da China . O projeto começou em 2009 com pesquisadores da Shanghai Jiao Tong University, da Shandong University , do Shanghai Institute of Applied Physics ( zh ) e da Academia Chinesa de Ciências . Pesquisadores da Universidade de Maryland , da Universidade de Pequim e da Universidade de Michigan ingressaram dois anos depois. A equipe do PandaX também inclui membros da Ertan Hydropower Development Company . Cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia da China , Instituto de Energia Atômica da China e Universidade Sun Yat-Sen ingressaram no PandaX em 2015.
Design e construção
O PandaX é um experimento de detecção direta, que consiste em um detector de câmara de projeção de tempo de xenônio de fase dupla (TPC). O uso das fases líquida e gasosa do xenônio, de forma semelhante aos experimentos XENON e LUX , permite que a localização dos eventos seja determinada e os eventos de raios gama sejam vetados. Além de pesquisar eventos de matéria escura, o PandaX foi projetado para detectar o decaimento beta duplo sem neutrinos do Xe-136 .
Laboratório
O PandaX está localizado no China Jinping Underground Laboratory (CJPL), o laboratório subterrâneo mais profundo do mundo, a mais de 2.400 metros (1,5 mi) abaixo do solo. A profundidade do laboratório significa que o experimento está melhor protegido da interferência dos raios cósmicos do que detectores semelhantes, permitindo que o instrumento seja ampliado com mais facilidade. O fluxo de múon em CJPL é de 66 eventos por metro quadrado por ano, em comparação com 950 eventos / m 2 / ano no Sanford Underground Research Facility , casa do experimento LUX, e 8.030 eventos / m 2 / ano no laboratório Gran Sasso em Itália, lar do detector XENON. O mármore em Jinping também é menos radioativo do que a rocha em Homestake e Gran Sasso, reduzindo ainda mais a frequência de falsas detecções. Wolfgang Lorenzon, pesquisador colaborador da Universidade de Michigan, comentou que "a grande vantagem é que o PandaX é muito mais barato e não precisa de tanto material de proteção" como detectores semelhantes.
Estágios operacionais
Como a maioria da física de baixo fundo, o experimento está construindo várias gerações de detectores, cada um servindo como um protótipo para o próximo. Um tamanho maior permite maior sensibilidade, mas isso só é útil se "eventos de fundo" indesejados puderem ser impedidos de inundar os desejados; limites cada vez mais rigorosos de contaminação radioativa também são necessários. As lições aprendidas nas gerações anteriores são usadas para construir as posteriores.
A primeira geração, PandaX-I , operou até o final de novembro de 2014. Usou 120 kg (260 lb) de xenônio (dos quais 54 kg (119 lb) serviram como massa fiducial ) para sondar o regime de baixa massa (<10 GeV ) e verificar os sinais de matéria escura relatados por outros experimentos de detector. O PandaX-I foi o primeiro experimento de matéria escura na China a usar mais de 100 kg de xenônio em seu detector, e seu tamanho ficou atrás apenas do experimento LUX nos Estados Unidos.
O PandaX-II , concluído em março de 2015 e atualmente operacional, usa 500 kg (1.100 lb) de xenônio (aproximadamente 300 kg fiducual) para sondar o regime de 10–1.000 GeV. O PandaX-II reutiliza a blindagem, recipiente externo, criogenia, hardware de purificação e infraestrutura geral da primeira versão, mas usa uma câmara de projeção de tempo muito maior, recipiente interno de maior pureza (muito menos radioativo 60 Co ) de aço inoxidável e criostato
O custo de construção do PandaX é estimado em US $ 15 milhões, com um custo inicial de US $ 8 milhões para a primeira fase.
O PandaX-II produziu alguns resultados preliminares de física de uma breve corrida de comissionamento no final de 2015 (21 de novembro a 14 de dezembro) antes da corrida de física principal em andamento até 2018.
O PandaX-II é significativamente mais sensível do que os detectores XENON100 de 100 kg e LUX de 250 kg . O XENON100, na Itália , nos três a quatro anos anteriores a 2014, produziu as sensibilidades mais altas em uma ampla gama de massas WIMP , mas foi superado pelo PandaX-II. Os resultados mais recentes sobre a seção transversal de espalhamento WIMP-nucleon independente de spin do PandaX-II foram publicados em 2017. Em setembro de 2018, o experimento XENON1T publicou seus resultados de 278,8 dias de dados coletados e estabeleceu um novo limite de registro para WIMP-nucleon interações elásticas independentes de spin.
Os próximos estágios do PandaX são chamados de PandaX-xT . Um estágio intermediário com um alvo de quatro toneladas ( PandaX-4T ) está em construção no laboratório CJPL-II da segunda fase. O objetivo final é construir um detector de matéria escura de terceira geração, que conterá trinta toneladas de xenônio na região sensível.
Resultados iniciais
A maioria do equipamento experimental PandaX foi transportado da Universidade Jiao Tong de Xangai para o Laboratório Subterrâneo China Jinping em agosto de 2012, e dois testes de engenharia foram realizados em 2013. A execução inicial de coleta de dados (PandaX-I) começou em maio de 2014. Resultados desta corrida foram relatados em setembro de 2014 na revista Science China Physics, Mechanics & Astronomy . Na execução inicial, cerca de 4 milhões de eventos brutos foram registrados, com cerca de 10.000 na região de energia esperada para a matéria escura WIMP . Destes, apenas 46 eventos foram registrados no núcleo interno silencioso do alvo de xenônio. Esses eventos foram consistentes com a radiação de fundo , ao invés de matéria escura. A falta de um sinal de matéria escura observado na execução do PandaX-I impõe fortes restrições aos sinais de matéria escura relatados anteriormente em experimentos semelhantes.
Recepção
Stefan Funk do SLAC National Accelerator Laboratory questionou a sabedoria de ter muitos experimentos separados de detecção direta de matéria escura em diferentes países, comentando que "gastar todo o nosso dinheiro em diferentes experimentos de detecção direta não vale a pena." Xiangdong Ji, porta-voz do PandaX e físico da Shanghai Jiao Tong University, admite que a comunidade internacional provavelmente não suportará mais de dois detectores de várias toneladas, mas argumenta que ter muitos grupos trabalhando levará a uma melhoria mais rápida na tecnologia de detecção. Richard Gaitskell, porta-voz do experimento LUX e professor de física na Brown University , comentou: "Estou animado em ver a China desenvolvendo um programa de física fundamental".