Borexino

нейтринная обсерватория Borexino

Borexino с северной стороны подземного зала C LNGS в сентябре 2015 года. Показано, что он почти полностью покрыт теплоизоляцией (выглядит как серебристая обертка) в качестве попытки дальнейшего улучшения беспрецедентного уровня радиационной чистоты.
Характеристики детектора
Местоположение	Laboratori Nazionali del Gran Sasso
Начало сбора данных	2007
Метод обнаружения	Упругое рассеяние на жидком сцинтилляторе (PC +PPO )
Высота	16,9 м
Ширина	18 м
Активная масса (объем)	278 тонн (315 м) ≈100 тонн расчетное значение

Borexino - это эксперимент по физике элементарных частиц для изучения низкоэнергетический (субмэВ) солнечное нейтрино.

Детектор представляет собой самый радиочистый жидкий сцинтиллятор калориметр. Он помещен в сферу из нержавеющей стали, которая удерживает детекторы сигнала (фотоэлектронные умножители или ФЭУ) и защищен резервуаром для воды, чтобы защитить его от внешнего излучения и пометить входящие космические мюоны, которым удается проникнуть сквозь покрывающие породы горы наверху.

Основная цель эксперимента состоит в том, чтобы точно измерить отдельные потоки нейтрино от Солнца и сравнить их с предсказаниями Стандартной модели Солнца. Это позволит ученым проверить и лучше понять функционирование Солнца (например, процессы ядерного синтеза, происходящие в ядре Солнца, состав Солнца, непрозрачность, распределение материи и т. Д.), А также поможет определить свойства осцилляции нейтрино, включая эффект MSW. Конкретные цели эксперимента заключаются в обнаружении солнечных нейтрино бериллия-7, бора-8, pp, pep и CNO, а также антинейтрино с Земли и атомных электростанций. Проект также может быть в состоянии обнаруживать нейтрино от сверхновых в пределах нашей галактики с особым потенциалом для обнаружения упругого рассеяния нейтрино на протонах из-за взаимодействий нейтрального тока. Borexino является членом Системы раннего предупреждения о сверхновых. Также ведутся поиски редких процессов и потенциальных неизвестных частиц.

Название Borexino является итальянским уменьшительным от BOREX (BORon эксперимента по солнечным нейтрино ), после первоначального экспериментального предложения с точностью 1 кТл с другим сцинтиллятором (TMB ) был прекращен из-за смещения фокуса в физических целях, а также финансовых ограничений. Эксперимент проводится в Laboratori Nazionali del Gran Sasso недалеко от города L'Aquila, Италия, и поддерживается международным сотрудничеством с исследователями из Италии, США и Германии., Франция, Польша и Россия. Эксперимент финансируется несколькими национальными агентствами, включая INFN (Национальный институт ядерной физики) и NSF (Национальный научный фонд). В мае 2017 года компания Borexino достигла 10 лет непрерывной работы с начала периода сбора данных в 2007 году.

Проект SOX был запланирован для изучения возможного существования стерильных нейтрино. или другие аномальные эффекты в осцилляции нейтрино на коротких дистанциях за счет использования генератора нейтрино на основе радиоактивного церия-144. Этот проект был отменен в начале 2018 года из-за непреодолимых технических проблем при изготовлении источника антинейтрино.

Содержание

• 1 Результаты и временная шкала детектора
• 2 Проект SOX
  • 2.1 SOX отменен
• 3 Ссылки
• 4 Внешние ссылки

Результаты и временная шкала детектора

• По состоянию на Май 2007 г., детектор Borexino начал сбор данных. Проект впервые обнаружил солнечные нейтрино в августе 2007 года. Это обнаружение произошло в режиме реального времени. В 2008 году анализ данных был расширен.
• В 2010, геонейтрино из недр Земли были впервые обнаружены в Борексино. Это антинейтрино, образующиеся при радиоактивных распадах урана, тория, калия и рубидия, хотя видны только антинейтрино, испускаемые в цепочках U / Th из-за обратного бета-распада Канал реакции Borexino чувствителен. В том же году было опубликовано измерение потока солнечных нейтрино с самым низким порогом (3 МэВ). Кроме того, была проведена кампания по калибровке детектора с несколькими источниками, в ходе которой в детектор были вставлены несколько радиоактивных источников для изучения его реакции на известные сигналы, которые близки к ожидаемым, подлежащим изучению. три солнечных нейтринных телескопа, которые могут измерять энергию событий, очень чувствительны. Обратите внимание, что предсказания солнечных моделей даны в логарифмическом масштабе: Super-Kamiokande и SNO могут наблюдать около 0,02% от общего количества, в то время как Borexino может наблюдать каждый тип предсказанного нейтрино. В 2011 эксперимент опубликовали прецизионные измерения потока нейтрино бериллия-7, а также первое свидетельство существования pep солнечных нейтрино.
• В 2012 опубликовали результаты измерений скорости нейтрино ЦЕРНа до Гран-Сассо. Результаты соответствовали скорости света. См. измерения скорости нейтрино. Также была проведена обширная кампания по очистке сцинтилляторов, достигнув успешной цели дальнейшего снижения уровней остаточной фоновой радиоактивности до беспрецедентно низких значений (до 15 порядков величины при естественных уровнях фоновой радиоактивности ).
• В 2013 Borexino установила ограничение на параметры стерильных нейтрино. Они также извлекли сигнал геонейтрино, который дает представление об активности радиоактивных элементов в земной коре, поле до сих пор неясное.
• В 2014 экспериментальное сотрудничество опубликовало анализ активности протон-протонного синтеза в солнечном ядре показал, что солнечная активность постоянно стабильна в 10-летнем масштабе. После рассмотрения явления осцилляций нейтрино, описанного в теории MSW, измерение Borexino согласуется с ожиданиями от стандартной солнечной модели. Результат Borexino является важной вехой в нашем понимании функционирования Солнца. В предыдущих экспериментах, чувствительных к нейтрино низкой энергии (SAGE, Gallex, GNO), удалось подсчитать нейтрино выше определенной энергии, но не измеряли отдельные потоки. Спектр данных Borexino, используемых для одновременное определение потоков pp, pep и Be солнечного ν, а также наилучший доступный предел для потока CNO ν со слабыми ограничениями. Солнечные компоненты ν показаны красным цветом; фоновые компоненты других цветов. На нижнем графике показано различие между спектральной формой данных (черная кривая) и ожидаемой формой при аналитическом сложении и подгонке сигналов, соответствующих каждому виду.
• В 2015 обновленный спектральный проведен анализ геонейтрино и установлен лучший в мире предел несохранения электрического заряда. Кроме того, в течение 2015 года в несколько этапов была установлена ​​универсальная система управления и мониторинга температуры. Она состоит из многосенсорной системы широтных датчиков температуры (LTPS), испытания и установка первой фазы которой произошли в конце 2014 ; и система теплоизоляции (TIS), которая сводила к минимуму тепловое влияние внешней среды на внутренние жидкости за счет обширной изоляции внешних стен эксперимента. Позже, в 2015, Borexino также предоставил наилучший доступный предел времени жизни электрона (через распад e → γ + ν), что является самым строгим подтверждением сохранения заряда на сегодняшний день.

• В 2017 компания Borexino провела первое широкополосное спектроскопическое измерение солнечного ν-спектра, в котором были выполнены одновременные и наиболее точные измерения потоков нейтрино Be, pep и pp, а также извлеченные из одного расширенного энергетического окна (190-2930 кэВ). Эти измерения достигли точности до 2,7% (в случае солнечных нейтрино с бериллием) и установили 5σ подтверждение присутствия pep-нейтрино. Предел на долгоживущие CNO-нейтрино был сохранен на том же уровне значимости, что и в предыдущих результатах Borexino, которые на данный момент являются лучшим пределом, но с более слабыми предположениями, что делает результат более надежным. Значительно увеличенная статистика благодаря дополнительным годам воздействия, а также обновленные методы анализа и современное моделирование всего детектора и его физических процессов методом Монте-Карло сыграли важную роль в этом результате. Кроме того, обновленное наблюдение нейтрино B было опубликовано с данными фазы I и II (2008-2016), что повысило точность примерно вдвое по сравнению с предыдущим измерением этого солнечного компонента и намекало на небольшое предпочтение высокой металличности SSM с доступными данными о солнечных нейтрино. В 2017 году также сообщалось об улучшении чувствительности к сезонной модуляции сигнала солнечных нейтрино. В том же году был установлен лучший доступный предел прямого наблюдения для магнитного момента нейтрино. от Borexino тоже. Сигнал нейтрино, связанный с наблюдениями гравитационных волн GW150914, GW151226 и GW170104, был отклонен в пределах чувствительности Borexino, как и ожидалось.

Проект SOX

Развертывание генератора антинейтрино SOX вдоль железной дороги следы: от его внешней точки сброса (внизу справа) через зоны калориметрии (внизу справа внутри чистой комнаты) до его рабочего положения (вверху в центре) в небольшой яме под Borexino

Эксперимент SOX, направленный на полное подтверждение или при явном опровержении так называемых аномалий нейтрино, набор косвенных доказательств исчезновения электронных нейтрино, наблюдаемых на LSND, MiniBooNE, с ядерными реакторами и с детекторы галлия солнечных нейтрино (GALLEX / GNO, SAGE ). В случае успеха SOX продемонстрирует существование стерильных компонентов нейтрино и откроет новую эру в физике фундаментальных частиц и космологии. Твердый сигнал означал бы открытие первых частиц за пределами Стандартной электрослабой модели и имел бы глубокие последствия для нашего понимания Вселенной и физики фундаментальных частиц. В случае отрицательного результата он сможет закрыть давние дебаты о реальности нейтринных аномалий, исследовать существование новой физики в низкоэнергетических нейтринных взаимодействиях, обеспечит измерение магнитного момента нейтрино, угол Вайнберга и другие основные физические параметры; и даст превосходную энергетическую калибровку для Borexino, которая будет очень полезна для будущих высокоточных измерений солнечных нейтрино.

SOX предполагалось использовать мощный (≈150 kCi) и инновационный генератор антинейтрино, сделанный из Ce-144 / Pr-144, и, возможно, более позднего Cr-51 генератор нейтрино, который потребует гораздо более короткой кампании по сбору данных. Эти генераторы должны быть расположены на небольшом расстоянии (8,5 м) от детектора Borexino - фактически, под ним: в яме, построенной специально до установки детектора, с идеей, что он может быть использован для установки таких радиоактивных источников. - и даст десятки тысяч взаимодействий чистых нейтрино во внутреннем объеме детектора Borexino. Кампания с высокой точностью (<1% uncertainty) twin-калориметрия должна быть проведена перед развертыванием в яме, в конце сбора данных и, возможно, в какой-то момент во время экспериментального запуска, чтобы обеспечить независимое точное измерение источника активности, чтобы выполнить анализ с низкой степенью неопределенности. Анализы формы для сигнала антинейтрино источника также были разработаны, чтобы повысить чувствительность эксперимента, охватывая все фазовое пространство высокой значимости "аномалии", которое все еще остается там, где свет бесплоден нейтрино могут находиться внутри.

SOX отменен

Ожидается, что эксперимент начнется в первой половине 2018 года и будет собирать данные примерно за два года. В октябре 2017 года был проведен сквозной " бланк "(без радиоактивного материала) испытание на транспортировку было успешно проведено на площадке Борексино в СПГС, чтобы получить окончательные нормативные разрешения на начало эксперимента до прибытия источника. Технические проблемы во время изготовления в ПО Маяк оксида церия (церия, или CeO 2) для генератора антинейтрино CeSOX были обнаружены в конце 2017 года. Эти проблемы означали, что генератор не будет в состоянии обеспечить необходимое количество антинейтрино в 3 раза и побудил пересмотреть проект и его возможную дату начала. К началу февраля 2018 года проект CeSOX был официально отменен CEA и INFN из-за проблем с производством радиоактивных источников, а цели Borexino на 2018-19 годы были переориентированы на достижение более высокой стабильности детектора и, как следствие, на повышение радиочистоты, чтобы добиться более высоких показателей. точные результаты по солнечным нейтрино, с особым акцентом на нейтрино CNO.

Список литературы

1. ^Borexino Collaboration (2009). «Детектор Borexino в Лаборатории Национали дель Гран Сассо». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A. 600 (3): 568–593. arXiv : 0806.2400. Bibcode : 2009NIMPA.600..568B. doi : 10.1016 / j.nima.2008.11.076.
2. ^Георг Г. Раффельт (1996). "БОРЕКСИНО". Звезды как лаборатории фундаментальной физики: астрофизика нейтрино, аксионов и других слабо взаимодействующих частиц. Издательство Чикагского университета. С. 393–394. ISBN 978-0226702728.
3. ^«Эксперимент Борексино». Официальный сайт Borexino. Гран Сассо. Архивировано из оригинала 16 октября 2007 г. Получено 12 августа 2011 г.
4. ^«Эксперимент Borexino в Гран-Сассо начинает сбор данных». Пресс-релиз Laboratori Nazionali del Gran Sasso. 29 мая 2007 г.
5. ^Эмилиано Ферезин (2007). «Обнаружены нейтрино низких энергий». Новости природы. doi : 10.1038 / news070820-5.
6. ^Borexino Collaboration (2008). "Первое обнаружение в реальном времени солнечных нейтрино 7Be компанией Borexino". Physics Letters B. 658 (4): 101–108. arXiv : 0708.2251. Bibcode : 2008PhLB..658..101B. doi : 10.1016 / j.physletb.2007.09.054.
7. ^Borexino Collaboration (2008). «Прямое измерение потока солнечных нейтрино Be7 с данными Borexino за 192 дня». Письма с физическим обзором. 101 (9): 091302. arXiv : 0805.3843. Bibcode : 2008PhRvL.101i1302A. doi : 10.1103 / PhysRevLett.101.091302. PMID 18851600.
8. ^«Первый взгляд на недра Земли из подземной лаборатории Гран-Сассо». Пресс-релиз ИНФН. 11 марта 2010 г.
9. ^Borexino Collaboration (2010). «Наблюдение геонейтрино». Physics Letters B. 687 (4–5): 299–304. arXiv : 1003.0284. Bibcode : 2010PhLB..687..299B. doi : 10.1016 / j.physletb.2010.03.051.
10. ^Borexino Collaboration; Bellini, G.; Benziger, J.; Bonetti, S.; Buizza Avanzini, M.; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Calaprice, F.; Карраро, К. (05.08.2010). «Измерение скорости солнечных $ ^ {8} \ mathrm {B} $ нейтрино с жидкой сцинтилляционной мишенью и энергетическим порогом 3 МэВ в детекторе Borexino». Физический обзор D. 82 (3): 033006. arXiv : 0808.2868. Bibcode : 2010PhRvD..82c3006B. doi : 10.1103 / PhysRevD.82.033006.
11. ^Back, H.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Браво, Д.; Аванзини, М. Бьюцца; Caccianiga, B.; Кадонати, Л. (01.01.2012). «Калибровка Borexino: оборудование, методы и результаты». Журнал приборостроения. 7 (10): P10018. arXiv : 1207.4816. Bibcode : 2012arXiv1207.4816B. doi : 10.1088 / 1748-0221 / 7/10 / P10018. ISSN 1748-0221.
12. ^«Прецизионное измерение потока бериллиевых солнечных нейтрино и его дневной / ночной асимметрии, а также независимая проверка решения осцилляций LMA-MSW с использованием данных только Borexino». Пресс-релиз Borexino Collaboration. 11 апреля 2011 г.
13. ^Borexino Collaboration (2011). «Прецизионное измерение скорости взаимодействия солнечных нейтрино Be7 в Borexino». Письма с физическим обзором. 107 (14): 141302. arXiv : 1104.1816. Bibcode : 2011PhRvL.107n1302B. doi : 10.1103 / PhysRevLett.107.141302. PMID 22107184.
14. ^«Сотрудничеству Borexino удалось обнаружить реактивные нейтрино, испускаемые Солнцем». PhysOrg.com. 9 февраля 2012 г.
15. ^Borexino Collaboration (2012). «Первое свидетельство активности солнечных нейтрино с помощью прямого обнаружения в Borexino». Письма с физическим обзором. 108 (5): 051302. arXiv : 1110.3230. Bibcode : 2012PhRvL.108e1302B. doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.051302. PMID 22400925.
16. ^Сотрудничество с Borexino (2012). «Измерение скорости мюонных нейтрино АГНКС с помощью Borexino». Physics Letters B. 716 (3–5): 401–405. arXiv : 1207.6860. Bibcode : 2012PhLB..716..401A. doi : 10.1016 / j.physletb.2012.08.052. hdl : 11696/50952.
17. ^Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Bonfini, G.; Браво, Д.; Buizza Avanzini, M.; Caccianiga, B.; Cadonati, L.; Калаприс, Ф. (29 октября 2013 г.). «Новые ограничения на смешивание тяжелых стерильных нейтрино в распаде B 8, полученные с помощью детектора Borexino». Physical Review D. 88 (7): 072010. arXiv : 1311.5347. Bibcode : 2013PhRvD..88g2010B. doi : 10.1103 / Physrevd.88.072010. ISSN 1550-7998.
18. ^Borexino Collaboration (15 апреля 2013 г.). «Измерение геонейтрино с 1353 дня Борексино». Phys. Lett. Б. 722 (4–5): 295–300. arXiv : 1303.2571. Bibcode : 2013PhLB..722..295B. doi : 10.1016 / j.physletb.2013.04.030.
19. ^«У Borexino есть новые результаты по геонейтрино». ЦЕРН КУРЬЕР. Проверено 20 октября 2014 г.
20. ^Šrámek, Ondřej; Росковец, Бедржих; Wipperfurth, Scott A.; Си, Юфэй; Макдонаф, Уильям Ф. (2016). «Выявление мантии Земли с самых высоких гор с помощью эксперимента Цзиньпин с нейтрино». Научные отчеты. 6 : 33034. Bibcode : 2016NatSR... 633034S. doi : 10.1038 / srep33034. PMC 5017162. PMID 27611737.
21. ^Borexino Collaboration (27 августа 2014 г.). «Нейтрино от процесса первичного протон-протонного синтеза на Солнце». Природа. 512 (7515): 383–386. Bibcode : 2014Natur.512..383B. doi : 10.1038 / nature13702. PMID 25164748.
22. ^«Borexino измеряет энергию Солнца в реальном времени». ЦЕРН КУРЬЕР. Проверено 20 октября 2014 г.
23. ^Agostini, M; Альтенмюллер, К; Аппель, S; Атрощенко, В; Багдасарян, З.; Basilico, D; Беллини, G; Benziger, J; Бик, Д; Бонфини, G; Браво, Д; Каччанига, B; Calaprice, F; Камината, А; Caprioli, S; Карлини, М; Кавальканте, П; Чепурнов А; Чой, К; Collica, L; Д'Анджело, Д; Davini, S; Дербин, А; Дин, X. F; Ди Людовико, А; Ди Ното, L; Драчнев, I; Фоменко, К; Формозов А; и другие. (2017). «Первая одновременная прецизионная спектроскопия pp, 7Be и pep солнечных нейтрино с Borexino Phase-II». arXiv : 1707.09279 [hep-ex ].
24. ^Borexino Collaboration (7 августа 2015 г.). «Спектроскопия геонейтрино за 2056 дней по данным Borexino». Phys. Ред. D. 92 (3): 031101. arXiv : 1506.04610. Bibcode : 2015PhRvD..92c1101A. doi : 10.1103 / PhysRevD.92.031101.
25. ^Agostini, M.; и другие. (Сотрудничество Borexino) (2015). «Испытание сохранения электрического заряда с помощью Borexino». Письма о физических проверках. 115 (23): 231802. arXiv : 1509.01223. Bibcode : 2015PhRvL.115w1802A. doi : 10.1103 / PhysRevLett.115.231802. PMID 26684111.
26. ^Браво-Бергуньо, Дэвид; Мереу, Риккардо; Кавальканте, Паоло; Карлини, Марко; Янни, Андреа; Горетти, Аугусто; Габриэле, Федерико; Райт, Тристан; Йокли, Захари (2017-05-25). «Система теплового мониторинга и управления Borexino». arXiv : 1705.09078 [Physics.ins-det ].
27. ^Браво-Бергуньо, Дэвид; Мереу, Риккардо; Фогелаар, Роберт Брюс; Инзоли, Фабио (26 мая 2017 г.). «Гидродинамика в детекторе нейтрино Borexino: поведение псевдостабильно-стратифицированной, почти равновесной замкнутой системы при асимметричных, изменяющихся граничных условиях». arXiv : 1705.09658 [Physics.ins-det ].
28. ^Сотрудничество Borexino; Agostini, M.; Altenmueller, K.; Appel, S.; Атрощенко, В.; Багдасарян, З.; Basilico, D.; Bellini, G.; Бензигер, Дж. (03.09.2017). «Улучшенное измерение солнечных нейтрино 8B при воздействии Borexino 1,5 кт в год». arXiv : 1709.00756 [hep-ex ].
29. ^Agostini, M.; Altenmüller, K.; Appel, S.; Атрощенко, В.; Basilico, D.; Bellini, G.; Benziger, J.; Bick, D.; Бонфини, Г. (2017-06-01). «Сезонная модуляция скорости солнечных нейтрино 7Be в Борексино». Физика астрономических частиц. 92 (Приложение C): 21–29. arXiv : 1701.07970. Bibcode : 2017APh.... 92... 21A. doi : 10.1016 / j.astropartphys.2017.04.004.
30. ^Камината, Алессио. «Проект SOX». web.ge.infn.it. Архивировано из оригинала 19.10.2017. Проверено 22 апреля 2016.
31. ^Галеота, Марко. «Испытание на транспорт для экспериментов SOX». Laboratori Nazionali del Gran Sasso (на итальянском языке). Проверено 25 октября 2017 г.
32. ^Галеота, Марко. "Nota stampa 12-12-2017". Laboratori Nazionali del Gran Sasso (на итальянском языке). Проверено 13 декабря 2017.
33. ^варащин. «ПРОЕКТ SOX ОТМЕНЕН ИЗ-ЗА НЕВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКА С ТРЕБУЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ». home.infn.it. Архивировано из оригинала 9 марта 2018 года. Проверено 16 марта 2018 г.

Внешние ссылки

• Официальный сайт
• Домашняя страница Borexino Genova

Координаты : 42 ° 28′N 13 ° 34′E / 42,46 ° N 13,57 ° в.д. / 42,46; 13.57