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| 別名 | 粒子および天体物理学用キセノン検出器 |
|---|---|
| 場所 | 四川省、中国 |
| 座標 | 北緯28°12′ 東経101°42′ / 北緯28.2° 東経101.7° / 28.2; 101.7 |
| 組織 | 中国金平地下実験室 |
| 望遠鏡スタイル | 粒子検出器 |
| Webサイト | パンダックス |
  PandaXの所在地 | |
粒子および天体物理学キセノン検出器（PandaX）は、中国四川省の中国金平地下研究所（CJPL）で行われている暗黒物質検出実験です。 [1]この実験は世界で最も深い地下実験室で行われ、その種のものとしては最大級のものです。
参加者
この実験は、中国の上海交通大学の研究者が率いる約40人の科学者からなる国際チームによって運営されています。[2]このプロジェクトは、上海交通大学、山東大学、上海応用物理研究所、中国科学院の研究者によって2009年に始まりました。[3] [4]メリーランド大学、北京大学、ミシガン大学の研究者は2年後に加わりました。[3] PandaXチームには、エルタン水力発電開発会社のメンバーも含まれています。[5]中国科学技術大学、中国原子能研究所、中山大学の科学者は、2015年にPandaXに加わりました。[6]
設計と建設
PandaXは、二相キセノン 時間投影チャンバー（TPC）検出器で構成される直接検出実験です。[1] XENON実験やLUX実験と同様に、キセノンの液相と気相の両方を使用することで、イベントの位置を特定し、ガンマ線イベントを拒否することができます。 [4]暗黒物質イベントの探索に加えて、PandaXはXe-136ニュートリノレス二重ベータ崩壊を検出するように設計されています。[4 ]
研究室
PandaXは、地下2,400メートル（1.5マイル）以上にある世界最深の地下研究所である中国金平地下研究所（CJPL）に設置されています。 [2] [7]研究所の深さにより、同様の検出器よりも宇宙線の干渉から実験が保護され、装置のスケールアップが容易になります。[8] CJPLのミューオンフラックスは1平方メートルあたり年間66イベントですが、LUX実験の本拠地であるサンフォード地下研究施設では950イベント/平方メートル/年、キセノン検出器の本拠地であるイタリアのグランサッソ研究所では8,030イベント/平方メートル/年です。[ 4 ]金平の大理石はホームステイクやグランサッソの岩よりも放射性が低いため、誤検出の頻度がさらに減少します。[4] [7]ミシガン大学の共同研究者であるヴォルフガング・ロレンツォンは、「PandaXの大きな利点は、同様の検出器に比べてはるかに安価で、遮蔽材をそれほど必要としないことです」とコメントしています。[7]
運用段階
ほとんどの低バックグラウンド物理学と同様に、この実験では複数世代の検出器を構築しており、各検出器は次の世代のプロトタイプとして機能します。サイズが大きいほど感度が高くなりますが、これは不要な「バックグラウンド イベント」が目的のイベントを圧倒しないようにできる場合にのみ役立ちます。放射能汚染に対するさらに厳しい制限も必要です。以前の世代で学んだ教訓は、後の世代の構築に活用されます。
第一世代のPandaX-Iは、2014年11月下旬まで稼働した。[9] : 15 120 kg（260ポンド）のキセノン（うち54 kg（119ポンド）は基準質量として機能）[10] : 7, 10を 使用して、低質量領域（<10 GeV）を調査し、他の検出器実験で報告された暗黒物質信号を検証した。[1] [8] PandaX-Iは、検出器に100 kgを超えるキセノンを使用した中国初の暗黒物質実験であり、その規模は米国のLUX実験に次ぐものであった。 [2]
2015年3月に完成し、現在運用中のPandaX-IIは、500キログラム（1,100ポンド）のキセノン（約300kg基準） [10] : 24–25 を使用して、10～1,000GeV領域を調査します。[1] [8] [7] PandaX-IIは、シールド、外部容器、極低温装置、精製ハードウェア、および一般的なインフラストラクチャを最初のバージョンから再利用しますが、はるかに大きな時間投影チャンバー、より純度の高い（放射性60Coのはるかに少ない）ステンレス鋼の内部容器、およびクライオスタットを使用します。[4] [11]
PandaXの建設費は1500万ドルと見積もられており、第一段階の初期費用は800万ドルである。[8] [7]
PandaX-IIは、2018年までの主な物理実験の前に、2015年後半（11月21日から12月14日）の短い試運転からいくつかの予備的な物理結果を生み出した。[11] [12] : 213 [10] : 24
PandaX-IIは、100 kgのXENON100と250 kgのLUX検出器の両方よりも大幅に感度が高い。[10] : 25 [12]イタリア のXENON100は、2014年までの3〜4年間で、幅広いWIMP質量にわたって最高の感度を生み出したが、[3] [8] PandaX-IIに追い抜かれた。[12] : 213 PandaX-IIのスピンに依存しないWIMP-核子散乱断面積に関する最新の結果は2017年に発表された。[15] 2018年9月、XENON1T実験は、収集された278.8日間のデータからの結果を発表し、WIMP-核子スピンに依存しない弾性相互作用の新しい記録を樹立した。[16]
PandaXの次の段階はPandaX-xTと呼ばれています。4トンのターゲットを備えた中間段階（PandaX-4T）が、第2フェーズのCJPL-II研究所で建設中です。最終的な目標は、感度領域に30トンのキセノンを含む第3世代の暗黒物質検出器を構築することです。[6] 2021年7月、PandaX-4Tの試運転の結果を使用して暗黒物質を探索する出版物が発表されました。[17] [18]
初期結果
PandaX実験装置の大部分は2012年8月に上海交通大学から中国金平地下研究所に輸送され、2013年に2回のエンジニアリングテストが行われた。[3]最初のデータ収集ラン（PandaX-I）は2014年5月に開始された。このランの結果は、2014年9月にScience China Physics, Mechanics & Astronomy誌に報告された。最初のランでは、約400万の生のイベントが記録され、そのうち約10,000がWIMP暗黒物質の予想されるエネルギー領域にあった。これらのうち、キセノンターゲットの静かな内核で記録されたのは46のイベントのみだった。これらのイベントは暗黒物質ではなく、背景放射線と一致していた。PandaX-Iランで観測された暗黒物質信号がなかったことは、同様の実験から以前に報告された暗黒物質信号に強い制約を課す。[2]
受付
SLAC国立加速器研究所のステファン・ファンクは、異なる国で多くの別々の暗黒物質直接検出実験を行うことの賢明さに疑問を呈し、「すべての資金を異なる直接検出実験に費やすことは価値がない」とコメントしている。[8] PandaXのスポークスマンであり、上海交通大学の物理学者であるXiangdong Jiは、国際社会が2つ以上のマルチトン検出器をサポートする可能性は低いと認めているが、多くのグループが作業することで検出技術のより速い改善につながると主張している。[8] LUX実験のスポークスマンであり、ブラウン大学の物理学教授であるリチャード・ゲイツケルは、「中国が基礎物理学プログラムを開発しているのを見て興奮しています」とコメントした。[7]
参考文献
- ^ abcd 「PandaX ダークマター実験」。上海交通大学。
- ^ abcd 「PandaX-I実験を実施している中国の地下研究室から初の暗黒物質探索結果」Phys.org 2014年9月30日。
- ^ abcd 「中国の科学者が地下の新しいPandaX検出器で暗黒物質粒子の証拠を探索」Phys.org、2014年7月23日。
- ^ abcdef Ji, Xiangdong (2013 年 6 月 5 日)。「PandaX: 中国 Jinping 地下研究所での直接的な暗黒物質探索実験」(PDF)。上海粒子物理学および宇宙論シンポジウム 2013。上海交通大学。
- ^ 「PandaX ダークマター実験: チーム」上海交通大学。
- ^ ab Ji, Xiangdong (2017年8月7日〜11日). PandaX Dark Matter Search (PDF) . TeVPA 2017.
- ^ abcdef Strickland, Eliza (2014 年 1 月 29 日)。「中国で最深の地下暗黒物質検出器が稼働開始」IEEE Spectrum IEEE。
- ^ abcdefg Reich, Eugenie Samuel (2013年2月20日). 「ダークマターの探求は深まる」. Nature . 494 (7437). Nature Publishing Group : 291–292. Bibcode :2013Natur.494..291S. doi : 10.1038/494291a . PMID 23426301.
- ^ Giboni, Karl (2014 年 12 月 15 ～ 17 日). PandaX の結果と展望(PDF) . 低エネルギー稀少イベント検出のための大規模 TPC に関する第 7 回シンポジウム。パリ。
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