큐어

2017년 10월 23일 CUORE 실험 개시

좌표:42°27ºN 13°34°E/42.450°N 13.567°E/ 42.450, 13.567

2014년 10월에 건설 중인 CUORE 크라이오스타트.

희귀 현상을 위한 극저온 지하 관측소(CUORE, 이탈리아어로 심장이라고도 함)는 이탈리아 ^[1]^[2]아세르기에 있는 Nazionali del Gran Sasso 지하에 위치한 입자 물리학 시설입니다.CUORE는 주로 Te에서 중성미자 이중 베타 붕괴를 탐색하기 위해 설계되었으며, 이 과정은 지금까지 ^[3]관찰된 적이 없다.그것은 붕괴의 근원과 결과 전자를 감지하기 위한 열량계로 이산화 텔루(TeO₂) 결정을 사용한다.CUORE는 알려진 붕괴 에너지 주변의 관측 에너지 스펙트럼에서 작은 피크인 중성미자 이중 베타 붕괴의 특성 신호를 탐색한다. Te의 경우, 이는 Q = 2527.518 ± 0.013 ^[4]keV이다.CUORE는 또한 축선이나 윔프 ^[1]같은 암흑 물질 후보로부터 신호를 검색할 수 있습니다.

중성미자가 없는 이중 베타 붕괴를 관찰하면 중성미자가 마요라나 페르미온이라는 것을 알 수 있습니다. 즉, 중성미자는 그들만의 ^[5]대립자입니다.이것은 렙톤 수 보존, 핵 구조, 중성미자 질량 및 특성을 포함한 입자 물리학의 많은 주제와 관련이 있다.

CUORE 협업에는 주로 미국과 이탈리아의 ^[6]여러 국가에서 온 물리학자들이 참여한다.CUORE는 이탈리아의 Istuto Nazionale di Fisica Nucleare, 미국 에너지부 및 미국 국립과학재단의 자금 지원을 받는다.

2014년 9월, CUORE 희석 냉장고에 대한 테스트의 일환으로, CUORE 공동 연구팀의 과학자들은 1입방미터 부피의 구리 용기를 15일 동안 6mK(0.006K, -273.144°C)까지 냉각하여 연속되는 ^[5]^[7]^[8]^[9]부피보다 우주에서 가장 낮은 온도를 기록했습니다.

검출기

CUORE 검출기는 저열 용량 열량 측정기로 사용되는₂ TeO 결정으로, 타워 형태로 배열되고 희석 냉장고를 사용하여 약 10mK까지 대형 크라이오스타트에서 냉각됩니다.검출기는 초순도 저방사능 차폐로 환경 열, 전자기 및 기타 입자 배경으로부터 격리된다.스펙트럼 분석을 위해 Te 이중 베타 붕괴로 방출되는 전자의 온도 스파이크를 수집한다.검출기는 최대 2615 keV까지 여러 개의 두드러진 감마선을 포함하는 긴 붕괴 사슬의 첫 번째 요소인 Th를 사용하여 보정된다.

CUORE를 구축하기 위해, 협력은 중성 무중성 이중 베타 붕괴에서 방출되는 에너지에 가까운 에너지에서 검출기가 배경 이벤트를 등록하게 할 수 있는 방사능 오염을 최소화하기 위한 몇 가지 절차를 따랐다.이 결정체들은 엄격한 방사선 처리 ^[10]요건과 함께 중국 과학원의 상하이 도자기 연구소에 의해 재배되었다.결정은 PTFE 서포트에 의해 산소 없는 고열 전도성 구리로 건설된 타워에 고정되며 청정실의 글로브 박스 내 질소 아래에서 조립됩니다.검출기 차폐에는 구리, 납, 고대 저방사능 Roman 납 및 붕산 폴리에틸렌이 사용됩니다.또한 우연 알고리즘은 콤프턴이 다중 ^[11]결정으로 산란하는 감마선 또는 들어오는 우주선 뮤온에 의해 발생할 수 있는 여러 채널을 트리거하는 이벤트를 배제하는 데 사용된다.

역사

쿠오리치노는 희귀 사건 수색에 사용된 최초의 대형 열량계 타워로 2003년부터 2008년까지 운영되었다.62개의₂ TeO 결정(Te 11kg)을 가지고 있었으며, 일부 결정에는 Te와 천연 동위원소가 풍부하게 함유되어 있었으며, 일부는 약간 더 크고 일부는 ^[12]더 작은 결정도 포함되어 있었다.이 타워는 CUORE 타워와 구조가 비슷했으며 구리, 납 및 로마 납으로 차폐되었습니다.Cuoricino는 비교적 작은 희석 ^[13]냉장고에서 8mK 근처에서 작동되었다.

Cuoricino의 결과를 사용하여 CUORE 검출기 타워의 최종 세부사항을 확정하고 이 19개의 ^[13]타워 건설을 위한 조립 시퀀스를 설정했다.CUORE-0은 이 조립 라인에서 생산된 최초의 검출기 타워였다.표면 순도가 더 우수하고 라돈 및 기타 ^[14]오염을 크게 줄인 구리 타워에 52개의 개선된₂ TeO 결정을 포함했습니다.CUORE 타워 조립이 완료됨에 따라 ^[15]새로운 CUORE 조립 절차에 대한 첫 번째 테스트로 2013년부터 2015년까지 Cuoricino 크라이오스타트에서 운영되었습니다.

CUORE는 약 1톤의 질량을 가진 검출기를 지원할 수 있는 새로운 주문 제작 크라이오스타트에 호스팅되는 CUORE-0의 확장 버전이다.988 5×5×5cm의³ 크리스탈과 741kg의₂ TeO(206kg의 Te)가 포함되어 있습니다.새로운 크라이오스타트는 매우 높은 방사능 ^[16]물질로 만들어졌고,^[17] 커다란 고대 로마의 납 실드는 검출기를 보호하기 위해 사용됩니다.검출기에 ^[16]도달하는 환경 감마선과 중성자의 수를 줄이기 위해 납과 붕산 폴리에틸렌으로 구성된 73톤의 8각형 실드가 크라이오스타트 외부에 있다.이산 검출기의 수가 많기 때문에 여러 ^[11]검출기에서 동시에 발생하는 이벤트를 거부함으로써 우주선 뮤온을 쉽게 배제할 수 있다.

CUORE 타워는 2016년 ^[18]8월에 크라이오스탯에 설치되었으며, 2017년 5월부터 CUORE를 통한 데이터 수집이 시작되었습니다.

결과.

Cuoricino는 2003년 4월부터 2008년 6월까지 데이터를 수집했다.19.75 kg·y의 Te 피폭을 사용한 최종 결과는 0 β 붕괴 ^[19]에너지 부근에서 0.18 ± 0.01/(keV·kg·yr)의 배경으로 Te 0 β
반감기의 90% 한계를 설정했다²⁴.다른 ^[20]실험과 일관되게 축방향 질량 한계도 설정되었다.

CUORE-0의 초기 성능을 상세히 설명하는 첫 번째 논문은 2013년 3월부터 9월까지 7.1kg·y 노출을 통해 2014년 8월에 발표되었으며, CUORICINO 대비 6배 감소된 배경과 5.7keV의 ^[14]에너지 분해능을 보여주었다.2015년 4월 0µβ에 대한 한계가 제시되었으며, 9.8kg·yr의 CUORE-0 노출과 Cuoricino 노출을 결합하여 새로운 한계를 T 0µβ
> 4.0×10²⁴ ^[21]yr로 설정하였다.

CUORE는 에너지 분해능 목표 5.0 keV와 0µβ 관심 영역에서 0.01·counts/(keV·kg·y)의 백그라운드 목표를 가지고 있다.5년 후, CUORE는 9.5 × 10²⁵ yr의 0µβ에 대한 90% CL 반감기 민감도와 0.05–0.13 eV의 유효 마요라나 중성미자 질량 민감도를 가질 것으로 추정된다(사용된 ^[16]핵 매트릭스 원소에 따라 다름).

전체 CUORE 실험의 첫 번째 결과는 2018년 발표되었으며, 중성미자 이중 베타 붕괴가 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.5\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.5\cdot 10^{25}$ > 1. $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.5\cdot 10^{25}$ 10 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.5\cdot 10^{25}$ {\ $displaystyle T_{\beta$ \ $beta$ }^{ $0\nu }>$ 1.5\ $cdot$ 10 $^{$ 25 $}$ ^[22]동안 90% CI 베이지안 하한을 설정하였다.2020년과 2022년에는 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ > 3.2 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ † 10 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ {{\ $displaystyle$ T_ ${\beta$ \ $beta }^{0$ \nu } > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ 에서 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ 한계가 제시되었다. $2\cdot$ 10 $^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ 25 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ {\ $displaystyle T_{\beta \beta }^{0\nu$ } $>$ . $같은$ 신뢰수준에서 $2년 10^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ ^[24]^[25].

연구 개발

CUPID는 "입자 식별을 통한 CUORE 업그레이드"로, CUORE ^[26]검출기를 위한 연구 개발 프로젝트이다.전 세계 여러 연구 그룹이 ^[27]이 업그레이드를 위한 재료를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.CUPID는 CUORE와 동일한 저온에서 새로운 검출기 재료를 사용하는 것을 목표로 한다.

ABSuRD는 CUORE 검출기를 위한 "배경 표면 제거 검출기" 연구 개발 프로젝트이다.이 프로젝트는 이온화 배경 ^[28]방사선에 거부권을 행사할 수 있는 섬광 열량계를 개발하는 것을 목표로 한다.

레퍼런스

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