PandaX - PandaX
| Alternative Namen | Teilchen- und astrophysikalischer Xenon-Detektor 
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| Standorte) | Sichuan , VR China |
| Koordinaten |
28°12′N 101°42′E / 28,2 ° N 101,7 ° E Koordinaten: 28°12′N 101°42′E / 28,2 ° N 101,7 ° E
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| Organisation |
China Jinping unterirdisches Labor
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| Teleskop-Stil |
Teilchendetektor
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| Webseite |
pandax
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  Standort von PandaX | |
Der Particle and Astrophysical Xenon Detector oder PandaX ist ein Experiment zum Nachweis dunkler Materie im China Jinping Underground Laboratory (CJPL) in Sichuan , China. Das Experiment befindet sich im tiefsten unterirdischen Labor der Welt und gehört zu den größten seiner Art.
Teilnehmer
Das Experiment wird von einem internationalen Team von etwa 40 Wissenschaftlern geleitet, das von Forschern der chinesischen Shanghai Jiao Tong University geleitet wird . Das Projekt begann 2009 mit Forschern der Shanghai Jiao Tong University, der Shandong University , des Shanghai Institute of Applied Physics ( zh ) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften . Zwei Jahre später kamen Forscher der University of Maryland , der Peking University und der University of Michigan dazu. Zum PandaX-Team gehören auch Mitglieder der Ertan Hydropower Development Company . Wissenschaftler der University of Science and Technology of China , des China Institute of Atomic Energy und der Sun Yat-Sen University kamen 2015 zu PandaX.
Gestaltung und Konstruktion
PandaX ist ein Direktdetektionsexperiment, das aus einem zweiphasigen Xenon- Zeitprojektionskammer- (TPC)-Detektor besteht. Die Verwendung sowohl flüssiger als auch gasförmiger Phasen von Xenon, ähnlich wie bei den XENON- und LUX- Experimenten, ermöglicht es, den Ort von Ereignissen zu bestimmen und Gammastrahlen- Ereignisse zu verhindern. Zusätzlich zur Suche nach Ereignissen der Dunklen Materie ist PandaX darauf ausgelegt, den neutrinolosen Doppel-Beta-Zerfall von Xe-136 zu detektieren .
Labor
PandaX befindet sich im China Jinping Underground Laboratory (CJPL), dem tiefsten unterirdischen Labor der Welt in mehr als 2.400 Metern Tiefe. Die Tiefe des Labors bedeutet, dass das Experiment besser gegen Störungen durch kosmische Strahlung abgeschirmt ist als ähnliche Detektoren, sodass das Instrument leichter skaliert werden kann. Der Myon - Fluss bei CJPL 66 Veranstaltungen pro Quadratmeter pro Jahr, verglichen mit 950 Veranstaltungen / m 2 / Jahr an der Sanford unterirdische Forschungseinrichtung , die Heimat des LUX Experiments und 8.030 Veranstaltungen / m 2 / Jahr auf dem Gran Sasso Labor in Italien, Heimat des XENON-Detektors. Der Marmor von Jinping ist auch weniger radioaktiv als das Gestein von Homestake und Gran Sasso, was die Häufigkeit von Fehlerkennungen weiter reduziert. Wolfgang Lorenzon, ein kooperierender Forscher von der University of Michigan, kommentierte, dass "der große Vorteil darin besteht, dass PandaX viel billiger ist und nicht so viel Abschirmmaterial benötigt" wie ähnliche Detektoren.
Betriebsphasen
Wie bei der meisten Physik mit geringem Hintergrund baut das Experiment mehrere Generationen von Detektoren auf, von denen jede als Prototyp für die nächste dient. Eine größere Größe ermöglicht eine größere Empfindlichkeit, aber dies ist nur nützlich, wenn verhindert werden kann, dass unerwünschte "Hintergrundereignisse" die gewünschten überlagern; Zudem werden immer strengere Grenzwerte für die radioaktive Kontamination gefordert. Erkenntnisse früherer Generationen werden genutzt, um spätere zu konstruieren.
Die erste Generation, PandaX-I , war bis Ende November 2014 in Betrieb. Sie verwendete 120 kg (260 lb) Xenon (davon 54 kg (119 lb) als Bezugsmasse ), um das Regime mit geringer Masse (<10 GeV ) und verifizieren dunkle Materiesignale, die von anderen Detektorexperimenten berichtet wurden. PandaX-I war das erste Experiment mit dunkler Materie in China, das mehr als 100 kg Xenon in seinem Detektor verwendete, und seine Größe war nach dem LUX- Experiment in den Vereinigten Staaten an zweiter Stelle .
PandaX-II , das im März 2015 fertiggestellt wurde und derzeit in Betrieb ist, verwendet 500 Kilogramm (1.100 lb) Xenon (ca. 300 kg Fiducual), um das 10–1.000 GeV-Regime zu untersuchen. Der PandaX-II verwendet den Schild, den Außenbehälter, die Kryotechnik, die Reinigungshardware und die allgemeine Infrastruktur der ersten Version wieder, verwendet jedoch eine viel größere Zeitprojektionskammer, einen Innenbehälter aus Edelstahl mit höherer Reinheit (viel weniger radioaktives 60 Co ) und einen Kryostaten
Die Baukosten von PandaX werden auf 15 Millionen US-Dollar geschätzt, wobei die anfänglichen Kosten für die erste Phase 8 Millionen US-Dollar betragen.
PandaX-II lieferte einige vorläufige Physikergebnisse aus einem kurzen Inbetriebnahmelauf Ende 2015 (21. November bis 14. Dezember), bevor der Hauptphysiklauf derzeit bis 2018 läuft.
PandaX-II ist deutlich empfindlicher als die 100-kg- XENON100- und 250-kg- LUX- Detektoren. XENON100 in Italien hat in den drei bis vier Jahren vor 2014 die höchsten Empfindlichkeiten über einen weiten Bereich von WIMP- Massen erzeugt, wurde jedoch von PandaX-II übertroffen. Die neuesten Ergebnisse zum spinunabhängigen WIMP-Nukleon-Streuquerschnitt von PandaX-II wurden 2017 veröffentlicht. Im September 2018 veröffentlichte das XENON1T- Experiment seine Ergebnisse aus 278,8 Tagen gesammelter Daten und stellte eine neue Rekordgrenze für WIMP-Nukleon . auf spinunabhängige elastische Wechselwirkungen.
Die nächsten Stufen von PandaX heißen PandaX-xT . Eine Zwischenstufe mit einem Vier-Tonnen-Target ( PandaX-4T ) wird im CJPL-II-Labor der zweiten Phase gebaut. Das ultimative Ziel ist der Bau eines Detektors für dunkle Materie der dritten Generation, der in der empfindlichen Region dreißig Tonnen Xenon enthalten wird.
Erste Ergebnisse
Der Großteil der PandaX-Versuchsausrüstung wurde im August 2012 von der Shanghai Jiao Tong University zum China Jinping Underground Laboratory transportiert, und 2013 wurden zwei technische Testläufe durchgeführt. Der erste Datenerfassungslauf (PandaX-I) begann im Mai 2014. Ergebnisse über diesen Lauf wurde im September 2014 in der Zeitschrift Science China Physics, Mechanics & Astronomy berichtet . Im ersten Durchlauf wurden etwa 4 Millionen Rohereignisse aufgezeichnet, davon etwa 10.000 im erwarteten Energiebereich für WIMP- Dunkle Materie. Davon wurden nur 46 Ereignisse im ruhigen inneren Kern des Xenon-Targets aufgezeichnet. Diese Ereignisse stimmten eher mit Hintergrundstrahlung als mit dunkler Materie überein . Das Fehlen eines beobachteten Dunkle-Materie-Signals im PandaX-I-Lauf schränkt früher gemeldete Dunkle-Materie-Signale aus ähnlichen Experimenten stark ein.
Rezeption
Stefan Funk vom SLAC National Accelerator Laboratory hat die Weisheit von vielen separaten Direktnachweis-Experimenten mit Dunkler Materie in verschiedenen Ländern in Frage gestellt und kommentiert, dass "es sich nicht lohnt, unser ganzes Geld für verschiedene Direktnachweis-Experimente auszugeben". Xiangdong Ji, Sprecher von PandaX und Physiker an der Shanghai Jiao Tong University, räumt ein, dass die internationale Gemeinschaft wahrscheinlich nicht mehr als zwei Mehrtonnen-Detektoren unterstützen wird, argumentiert jedoch, dass die Arbeit vieler Gruppen zu einer schnelleren Verbesserung der Detektionstechnologie führen wird. Richard Gaitskell, Sprecher des LUX-Experiments und Physikprofessor an der Brown University , kommentierte: "Ich freue mich, dass China ein grundlegendes Physikprogramm entwickelt."