보레시노

Borexino
보레시노 중성미자 관측소
Borexino Detector in LNGS in September 2015
2015년 9월 LNGS 지하 C홀 북쪽에서 온 보렉시노. 그것은 전례 없는 방사능 순도 수준을 더욱 향상시키기 위한 노력의 일환으로 열 단열재(은색 포장재)로 완전히 덮이는 것에 가까운 것으로 보인다.
검출기 특성
위치로베르토리 나치오날리 델 그란 사소
데이터 수집 시작2007
검출기법액체 섬광기의 탄성 산란(PC+PPO)
높이16.9m
폭18m
활성 질량(볼륨)278톤(315m3) ≈100톤 기준

보레시노는 저에너지(sub-MeV) 태양 중성미자를 연구하기 위한 입자물리학 실험이다. 이 검출기는 세계에서 가장 무선 퓨어 액체 섬광기 열량계다. 신호 검출기로 사용되는 광전자 증배관(PMT)을 고정하는 스테인리스스틸 구체 안에 위치하며, 물탱크에 의해 보호되어 외부 방사선으로부터 보호되며, 위 산의 과부하를 뚫고 들어오는 우주 뮤온에 태그를 달았다.

이 실험의 주된 목적은 태양으로부터 개별 중성미자 유속을 정밀하게 측정하여 표준 태양 모형 예측과 비교하는 것이다. 이를 통해 과학자들은 태양의 기능(예를 들어 태양의 핵에서 일어나는 핵융합 과정, 태양 구성, 불투명도, 물질 분포 등)을 시험하고 더 이해할 수 있을 것이며 MSW 효과를 포함한 중성미자 진동 특성도 결정하는데 도움이 될 것이다. 실험의 구체적인 목표는 베릴륨-7, 붕소-8, pp, 펩, CNO 태양 중성미자뿐만 아니라 지구와 원자력 발전소의 반중성 중성미자를 검출하는 것이다. 이 프로젝트는 또한 중성 전류 상호작용 때문에 양성자에 대한 중성미자의 탄성 산란을 감지할 수 있는 특별한 잠재력을 가지고 우리 은하 내 초신성으로부터 중성미자를 검출할 수 있을 것이다. 보레시노는 초신성 조기경보시스템의 일원이다.[1] 희귀 공정과 잠재적 미지분자에 대한 수색도 진행 중이다.

보레시노라는 이름은 다른 섬광기(TMB)를 사용한 원래 1kT-fiduitical 실험 제안이 재정적인 제약과 물리 목표의 집중력 변화로 중단되면서 BOREX(Boron 태양열 중성미자 실험)의 이탈리아어 소인수다.[2] 이 실험은 이탈리아 라킬라 마을 근처의 로페토리 나치오닐리 델 그란 사소(Laboratory Nazionali del Gran Sasso)에 위치해 있으며, 이탈리아, 미국, 독일, 프랑스, 폴란드, 러시아, 우크라이나의 연구자들과 국제적으로 협력하는 것에 의해 지지를 받고 있다.[3] 이 실험은 여러 국가 기관으로부터 자금을 지원받는다. 주요 기관은 INFN(이탈리아, National Institute for Nuclear Physics, Italia)과 NSF(National Science Foundation, 미국)이다. 보레시노는 지난 2017년 5월 2007년 데이터 수집 기간이 시작된 이후 10년 연속 운영에 도달했다.

SOX 실험은 보레시노 검출기의 수조 바로 아래에 위치한 방사성 세륨-144에 기초한 중성미자 발생기의 사용을 통해 단거리에서 중성미자 발진에서 멸균 중성미자의 존재 가능성 또는 기타 변칙적인 영향을 연구하기 위해 고안된 하위 프로젝트였다. 이 프로젝트는 2018년 초 안티뉴트리노 선원의 제작 과정에서 극복할 수 없는 기술적 문제로 인해 취소되었다.

결과 및 디텍터 타임라인

  • 1986년 초기 BOREX 제안서(R. Raghavan et al.[2]
  • 1990년 설계(및 이름) 변경, 보레시노 R&D가 시작된다.[2]
  • 2004년 검출기 구조 시공 완료.[3]
  • 2007년 5월 현재 충진 작업이 완료되었고 보레시노 검출기가 데이터 수집을 시작했다.[3][4]
  • 2007년 8월, 이 공동작업은 첫 번째 결과를 발표했다: "보레시노에 의한 Be solar neutrinos의 첫 번째 실시간 검출".[5][6] 이 과목은 2008년에 더 연장되었다.[7]
  • 2010년 보레시노에서 지구 내부의 '게오네우트리노'가 처음으로 관측되었다. 이는 우라늄, 토륨, 칼륨, 루비듐의 방사성 디케이트에서 생성된 반중성자인데, 역 베타 붕괴 반응 채널 보레시노가 민감하기 때문에 U/232Th 체인에 방출되는 반중성자만 보인다.[8][9] 그 해, B 태양 중성미자 유속의 최저치(3 MeV) 측정도 발표되었다.[10] 또한, 다중 소스 검출기 보정 캠페인이 진행되었는데,[11] 여기서 여러 개의 방사능 선원을 검출기에 삽입하여 연구할 것으로 예상되는 신호에 가까운 알려진 신호에 대한 반응을 연구하였다.
  • 회색 띠는 세 개의 태양 중성미자 망원경이 그 사건의 에너지를 측정할 수 있는 지역을 비교한다. 태양 모델의 예측은 로그 척도로 되어 있다는 점에 유의하십시오. 슈퍼카미오칸데와 SNO는 전체의 약 0.02%를 관측할 수 있으며, 보레시노는 예측된 중성미자의 각 유형을 관측할 수 있다.
    2011년 실험에서는 베릴륨-7 중성미자 유속의 정밀 측정과 더불어 [12][13]펩솔라 중성미자에 대한 최초의 증거를 발표했다.[14][15]
  • 2012년, 그들은 CERN Neutrinos to Gran Sasso에 대한 속도 측정 결과를 발표했다. 결과는 빛의 속도와 일치했다.[16] 중성미자 속도 측정을 참조하십시오. 광범위한 섬광기 정화 캠페인도 실시하여 잔류 배경 방사능 수치를 전례 없는 낮은 양(자연 배경 방사능 수준에서는 최대 15배)으로 추가 감소시키는 성공적인 목표를 달성했다.
  • 2013년 보레시노는 멸균 중성미자 파라미터에 제한을 두었다.[17] 그들은 또한 지금까지 불분명한 분야인 [19]지구 지각의 방사성 원소 활동을 통찰할 수 있는 지오뉴트리노스의 신호를 추출했다.[18][20]
  • 2014년 실험협업에서는 태양핵에서 양성자-양성자 핵융합 활성을 분석한 결과를 발표했는데, 태양활동은 10년5 단위로 꾸준히 안정적이었다.[21][22] MSW 이론에 의해 기술된 중성미자 진동현상이 고려되면, 보레시노의 측정은 표준 태양 모델의 기대치와 일치한다. 보레시노의 결과는 태양의 기능에 대한 우리의 이해에 획기적인 사건이다. 저에너지 중성미자(SAGE, Gallex, GNO)에 민감한 이전 실험에서는 특정 에너지보다 중성미자를 세는 데 성공했지만 개별 플럭스를 측정하지는 않았다.
    pp, 펩 및 Be solar ν fluxes의 동시 결정에 사용되는 보레시노 데이터의 스펙트럼 및 제약 조건이 약한 CNO ν flux에 대한 최선의 가용 한계.[23] 태양열 ν 구성 요소는 빨간색으로 표시되며, 배경 구성 요소는 다른 색상으로 표시된다. 아래 그림은 데이터의 스펙트럼 형태(검은 곡선)와 각 종에 해당하는 신호를 분석적으로 더하고 적합시킬 때 예상되는 형상 사이의 차이를 보여준다.
  • 2015년에는 지오뉴트리노에 대한 업데이트된 스펙트럼 분석 결과가 발표되었고,[24] 전하를 사용하지 않는 것에 대한 세계 최고 한도가 설정되었다.[25] 또한 2015년 내내 여러 단계로 다목적 온도 관리 및 모니터링 시스템이 설치되었다.[26] 2014년 말 시험 및 1단계 설치가 발생한 다센서 위도온도탐사장치(LTPS)와 실험 외벽의 광범위한 절연으로 내부 유체에[27] 대한 외부환경의 열적 영향을 최소화한 단열시스템(TIS)으로 구성됐다. 2015년 후반에 보레시노도 전자 수명(e−→γ+ν 붕괴를 통해)에 가장 적합한 한도를 산출하여 현재까지 전하 보존에 대한 가장 엄격한 확인을 제공했다.
  • 2017년에 보레시노는 태양 solar 스펙트럼에 대한 최초의 광대역 분광 측정을 제공했는데,[28] Be, 펩 및 pp 중성미자 플럭스의 동시적이고 가장 정밀한 측정을 특징으로 하며, 나아가 단일 확장 에너지 창(190-2930 keV)에서 추출했다. 이러한 측정은 최대 2.7%의 정밀도에 도달했고(베릴륨 태양 중성미자의 경우) 펩 중성미자의 존재에 대한 5σ 확인을 확립했다. 오랫동안 기다려온 CNO 중성미자에 대한 한계는 지금까지의 최고 한도를 보유하고 있는 이전의 보레시노 결과와 동일한 유의수준으로 유지되었지만, 가정은 약해 그 결과를 더욱 견고하게 만들었다. 추가 노출 연도에 따른 훨씬 더 큰 통계량과 전체 검출기와 그 물리적 프로세스에 대한 최신 분석 기법 및 몬테카를로 시뮬레이션이 이 결과에 중요한 역할을 했다. 또한, B 중성미자에 대한 업데이트된 관찰 결과가 Phase I 및 II 데이터(2008-2016)로 발표되어[29] 이 태양 성분의 이전 측정값의 약 2배까지 정밀도를 개선했으며, 가용한 태양 중성미자 데이터를 가진 고금속성 SSM을 약간 선호할 것을 시사했다. 태양 중성미자 신호의[30] 계절적 변조에 대한 민감도 개선도 2017년에 보고되었다. 같은 해, 중성미자 자기 모멘트에 사용할 수 있는 최고의 직접 관측 한계는 보레시노에 의해서도 확립되었다. 예상대로 GW150914, GW151226 및 GW170104 중력파 관측과 관련된 중성미자 신호가 보레시노의 민감도 이내로 거부되었다.
  • 2020년에 보레시노는 최초의 깊은 태양 중심 CNO Neutrinos를 검출했다.[31]

SOX 프로젝트

선로를 따라 배치된 SOX 안티뉴트리노 제너레이터: 외부 낙하 지점(오른쪽 하단), 열량 측정 영역(청소실 오른쪽 하단), 보레시노 아래의 작은 구덩이에서 작동 위치(상단 중앙)까지

SOX 실험은[32] LSND, MiniBooNE, 원자로 및 태양 중성미자 갈륨 검출기(GALLEX/GNO, SAGE)에서 관찰된 일련의 전자 중성미자 소멸 상황 증거인 소위 중성미자 이상에 대한 완전한 확인 또는 명확한 분산을 목표로 했다. 만약 성공한다면 SOX는 살균 중성미자 성분의 존재를 입증하고 기초 입자 물리학과 우주론 분야에서 새로운 시대를 열 것이다. 고체 신호는 표준 전기약 모델 이상의 첫 번째 입자의 발견을 의미하며 우주와 기본 입자 물리학에 대한 우리의 이해에 깊은 영향을 미칠 것이다. 부정적인 결과의 경우, 그것은 중성미자 이상현실에 대한 오랜 논쟁을 종결시킬 수 있고, 저에너지 중성미자 상호작용에서 새로운 물리학의 존재를 조사할 수 있으며, 중성미자 자기 모멘트, 와인버그 각도와 다른 기본적인 물리적 매개변수의 측정을 제공할 수 있으며, 뛰어난 에너지 보정을 산출할 수 있을 것이다.향후 고정밀 태양 중성미자 측정에 매우 유익한 보레시노를 위한 아티온

SOX는 Ce-144/Pr-144로 만들어진 강력한 안티뉴트리노 발전기( later150kCi)와 혁신적인 안티뉴트리노 발전기(Cr-51 중성미자 발전기)를 사용할 계획이었는데, 이 발전기는 훨씬 더 짧은 데이터 수집 캠페인을 필요로 할 것이다. 이러한 발전기는 보레시노 검출기에서 단거리(8.5m)에 위치할 것이다. 사실, 그 아래: 검출기가 설치되기 전에 만들어진 구덩이에서 그러한 방사성 선원의 삽입에 사용될 수 있으며 보레시노 d의 내부 부피에서 수만 가지의 깨끗한 중성미자 상호작용을 산출할 수 있다.식각자자 낮은 불확실성 비율 분석을 수행하기 위해 출처 활동에 대한 독립적인 정밀 측정을 제공하기 위해 피트에 배치하기 전, 데이터 수집 종료 시 및 실험 실행 중 어느 시점에 고정밀(<1% 불확실성) 트윈 캘리미터 캠페인을 실시할 것이다. 또한 실험의 민감도를 높이기 위해 선원의 안티뉴트리노 신호에 대한 형상 분석도 개발되어 가벼운 살균 중성미자가 존재할 수 있는 곳에 여전히 남아 있는 높은 신호의 "비노말리" 위상 공간 전체를 커버하고 있다.

SOX 취소

실험은 2018년 상반기에 시작해 약 2년간 데이터를 가져갈 것으로 예상됐다. 2017년 10월 LNGS 보레시노 현장에서 선원의 도착을 앞두고 실험 시작에 대한 최종 규제허가를 해소하기 위해 엔드투엔드(방사성물질 미포함) 수송시험이 성공적으로 진행됐다.[33] CeSOx의 안티뉴트리노 발전기의 세륨산화물(cerium oxide, 또는 CeO2) 공급원은 마야크 PA가 제조해야 했지만 2017년 말 제조 중 기술적 문제가 공개됐다. 이러한 문제들은 발전기가 필요한 양의 안티뉴트리노를 [34]3배수로 제공할 수 없다는 것을 의미하며, 프로젝트와 최종 시작일에 대한 검토를 촉진하였다. 2월 초 2018년까지, CeSOX 프로젝트 공식적으로 제어봉 집합체와 INFN에 의해 방사능 소스 제품 problem,[35]와 높은 정밀 태양 뉴트 리노 결과를 위해서는 C에 역점을 두고 추진하기 Borexino의2018-19 목표를 높은 검출기 안정성을 달성하고, 그 때문에 증가 radiopurity으로 reoriented다 취소되었다아니요. 중성미자

참조

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외부 링크

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