PICOは、クロロフルオロカーボン(フロン)の泡室を活性物質として用い、暗黒物質の直接的な証拠を探す実験である。カナダのSNOLABに設置されている。
これは、2013年に類似した2つの実験、 PICASSOとCOUPPの合併によって形成された。[ 1 ] [ 2 ]
PICASSO(フランス語では Projet d'Identification de CAndidats Supersymétriques SOmbres)は、モントリオール大学、クイーンズ大学、インディアナ大学サウスベンド校、プラハのチェコ工科大学、アルバータ大学、ローレンシャン大学、オンタリオ州チョークリバーのBTIのメンバーによる国際共同研究でした。PICASSOは主に、弱く相互作用する重粒子(WIMP)とフッ素原子のスピン依存相互作用に感度がありました。
COUPP(Chicagoland Observatory for Underground Particle Physics )は、フェルミ国立加速器研究所、シカゴ大学、インディアナ大学のメンバーが参加した同様のプロジェクトでした。プロトタイプはMINOS実験の遠方のホールでテストされ、スケールアップされた実験はSNOLABでも稼働していました。媒体としてトリフルオロヨードメタン(CF₃I )が使用されました。
バブル検出器は、ゲルマトリックス中に懸濁された過熱液体の微小液滴を使用する放射線感応装置です。[ 3 ]バブルチャンバーの原理を使用していますが、一度に相転移を起こせるのは微小液滴のみであるため、検出器は従来のバブルチャンバーよりもはるかに長い時間アクティブ状態を維持できます。電離放射線によって液滴に十分なエネルギーが投入されると、過熱液滴は相転移を起こして気泡になります。PICASSO検出器には、平均直径が200 μm 。検出器内での気泡の発生に伴い、圧電センサーによって検出される音響衝撃波が発生します。気泡検出器技術の主な利点は、検出器がバックグラウンド放射線に対してほとんど感度を持たないことです。検出器の感度は、液滴の温度を変えることで調整できます。フロン充填検出器は通常、 15~55 °C (60~130 °F)の温度で動作します。
気泡検出器の概念の妥当性は、いくつかの出版物で示されています。[ 4 ]ヨーロッパでは、 SIMPLEと呼ばれるこの技術を使用した別の同様の実験が行われています。
PICASSO実験はSNOLABで実施された。科学実験は2回行われ、最初は検出器素子2個(結果は2009年に発表)、その後は10個(結果は2012年に発表)で実施された。最終的な検出器構成は32個の検出器素子で構成されていた(結果は未発表)。この実験では暗黒物質の信号は検出されなかった。
COUPP共同研究グループは、 2011年から2012年にかけてフェルミ国立加速器研究所でバブルチャンバーを運用した。粒子加速器のビームから放出された粒子をチャンバーに照射し、暗黒物質検出技術の評価を行った。
COUPPコラボレーションは、フェルミ国立加速器研究所のMINOS地下エリアで、 3.5 kgのCF3Iを用いたバブルチャンバーを運用した。その結果は2011年1月に発表された。COUPPコラボレーションはまた、2010年9月から2011年8月にかけて、SNOLABで4 kgのCF3Iを用いた同じバブルチャンバーを運用した。SNOLABの結果(COUPP-4 kgとも呼ばれる)は2012年に発表された。暗黒物質は検出されなかった。
PICASSOは、19Fにおけるスピン依存WIMP相互作用の結果(2009年11月)を報告する。暗黒物質信号は検出されなかったが、WIMP質量が24 GeV/ c 2 WIMP の19 F散乱に対するスピン依存断面積に関する新たな厳しい制限が得られた。13.9 pb (90% CL )。この結果は、WIMP が陽子と相互作用する際の断面積の制限に変換されました。0.16 pb (90% CL)。得られた制限は、スピン依存相互作用の観点から見たDAMA/LIBRAの年間変調効果の最近の解釈を制限する。 [ 5 ]
2012年5月に、合計10個の検出器を使用した新たな結果が発表された。14 kg·d 、 19 F上での低質量 WIMP 相互作用を制限するため。[ 6 ] 20 GeV/c 2 WIMP 質量に対して、陽子断面積で 0.032 pb (90% CL) という最高のスピン依存制限が得られました。7 GeV 付近の低質量領域のスピン非依存断面積については、次のようになります。1.41 × 10⁻⁴ pb 上限値 (90%信頼水準)
PICOプロジェクトは、2013年にPICASSOグループとCOUPPグループが合併したことから始まりました。PICO実験は、カナダのSNOLABにある深さ2kmの鉱山で行われています 。2018年現在、PICOコラボレーションはSNOLABで2つの実験を行っています。PICO-2Lと呼ばれるバブルチャンバーと、PICO-60(以前はCOUPP-60と呼ばれていました)と呼ばれるチャンバーです。ここで、2と60は、それぞれのチャンバー内のターゲット物質の体積(リットル)を表しています。使用されたターゲット物質はC3F8でした。 2018年現在、より大規模な実験が計画されています。より大規模なバージョンでは、ターゲット体積が250~500リットル(それぞれPICO-250またはPICO-500と呼ばれます)になります。[ 7 ]
PICO-2L: PICO-2Lは、2013年10月に運用を開始した最初のバブルチャンバーです。科学観測は、2013年10月から2014年5月(科学観測1)と2015年2月から2015年11月(科学観測2)に行われました。PICO-2Lは2016年に運用を終了しました。
PICO-60: PICO-60はPICO-2Lの後継機です。2013年にデータ取得を開始し、最初の科学観測は2014年5月まで続きました。この最初の観測では、検出器はCF3Iで満たされ、有効体積は容量の約半分(25リットル)しか使用されませんでした。この最初の観測の後、検出器は改修され、ターゲット物質はC3F8に変更され、有効体積は最大容量(53リットル)まで増加しました。改修作業が完了し、 2回目の科学観測は2016年夏に開始されました。2回目の科学観測は2017年夏に終了し、その後PICO-60は運用停止となりました。
PICO-40L: PICO-60実験ステーションは、PICO-40Lと呼ばれる新しいバブルチャンバーに使用されます。PICO-40Lは、測定ノイズの原因となる緩衝液を必要としない技術構造を持つ新しいタイプのバブルチャンバーです。PICO-40Lは2019年にSNOLABで建設が開始され、2020年に完成しました。現在、検出器の新しいシステムが試運転中です。[ 8 ]
PICO-500L: PICO-500は、PICO-2L、-60、および-40Lで実証された原理に基づいて構築された次世代検出器です。スケールアップされた検出器は、約250リットルの有効容積を持ち、以前のPICO-2L、PICO-60、およびPICO-40Lと同様に合成石英容器を使用します。PICOコラボレーションは現在、PICO-500設計の最終設計に取り組んでおり、内部容器と圧力容器に焦点を当てています。PICOは、C 3 F 8を使用してPICO-500を運用し、スピンを介して通常の物質と結合する暗黒物質の世界最高レベルの感度を達成することを計画しています。この実験は、CFIとカナダの各州から全額資金提供を受けています。SNOLABは、実験の概念設計を承認し、地下施設のキューブホールエリアにPICO-500用のスペースを割り当てました。[ 9 ]
PICOコラボレーションには、CIRTE(COUPPヨウ素反跳効率)チャンバーやPICO-0.1チャンバーなど、較正目的(暗黒物質の検出目的ではない)で使用されるバブルチャンバーも多数存在する。
とCOUPPのコラボレーションは2013年に合併し、PICOコラボレーションを形成した。