Почему китайская подземная нейтринная обсерватория Цзянмэнь на глубине 700 метров под землей?
Автор: Лэн Шумэй и Лю Ян Опубликовано: 21 ноября 2024 г., 23:03 Обновлено: 23 ноября 2024 г., 01:03
www.globaltimes.cn/page/202411/1323553.shtml
www.globaltimes.cn – Why was China’s Jiangmen Underground Neutrino Observatory built 700 meters underground? - Global Times
By Leng Shumei and Liu Yang Nov 21, 2024 11:03 PM Updated: Nov 23, 2024 01:03 AM
Рабочий персонал устанавливает оборудование в систему детектора вето JUNO, которая предназначена для обнаружения космических мюонов и снижения фона. Фото: предоставлено IHEP
Строительство основного компонента подземной нейтринной обсерватории Цзянмэнь (JUNO) было завершено в среду. Крупнейший научный объект, расположенный на глубине 700 метров под землей в Цзянмэне, провинция Гуандун на юге Китая, вступает в завершающую фазу строительства, согласно данным Института физики высоких энергий (IHEP) Китайской академии наук (CAS).
Программа JUNO, запущенная совместно Китайской академией наук (CAS) и правительством провинции Гуандун в 2015 году, была разработана для обнаружения нейтрино, которые являются одними из старейших и наиболее фундаментальных частиц во Вселенной. Они могли бы стать ключом к объяснению того, почему во Вселенной доминирует материя, а не антиматерия, или к объединению теорий о том, как работают четыре фундаментальные взаимодействия Вселенной – гравитационная, электромагнитная, сильная ядерная и слабая ядерная.
Нейтрино часто называют «призрачными» частицами, потому что они почти не имеют массы и редко взаимодействуют с другой материей, что делает их чрезвычайно трудными для обнаружения.
Хэ Мяо, руководитель группы нейтрино в Центре экспериментальной физики ИФВЭ, рассказал Global Times, что с тех пор, как австрийский ученый Вольфганг Паули выдвинул гипотезу нейтрино в 1930 году, исследования нейтрино охватывают почти столетие. В 1970-х годах экспериментальное открытие слабых нейтральных токов стало важной вехой в истории физики элементарных частиц. Около 2000 года ученые Японии и Канады независимо друг от друга наблюдали явление осцилляций атмосферных и солнечных нейтрино соответственно, что стало прорывом, который привел к тому, что ученые обеих стран были удостоены Нобелевской премии в 2015 году.
После открытия феномена осцилляции атмосферных и солнечных нейтрино в Японии и Канаде, в 2012 году в китайском нейтринном эксперименте на реакторе Дайя-Бэй впервые был обнаружен новый режим осцилляции нейтрино. Это открытие не только завершило теоретическую разработку осцилляций нейтрино, но и послужило руководством для экспериментов следующего поколения по определению порядка масс нейтрино. На этом фоне был инициирован проект JUNO, основной физической целью которого было определение распределения нейтрино по массам путем определения энергетического спектра нейтрино, образующихся в процессе ядерного деления активной зоны реактора.
Когда его спросили, почему «ЮНОНУ» нужно было построить на глубине 700 метров под землей, он объяснил, что детектор нейтрино обладает наивысшей чувствительностью, когда находится примерно в 50 километрах от ядерных реакторов. Однако детектор также может обнаруживать космические лучи, что мешает обнаружению нейтрино. Горные породы могут эффективно защищать от космических лучей, поэтому детектор необходимо размещать под землей. 700-метровая гора может снизить частоту появления космических лучей почти в 100 000 раз.
Дашишань в районе Цзинцзи провинции Цзянмэнь находится в 53 километрах от мощных ядерных реакторов в Тайшане и Янцзяне. По словам Хэ, гора обеспечивает эффективную защиту от космических лучей, создавая идеальные условия для эксперимента.
Основная конструкция JUNO напоминает погруженный в воду арбуз, а вся сфера образует самый точный и крупный в мире жидкостный сцинтилляционный детектор. Основное оборудование для обнаружения расположено в центре бассейна глубиной 44 метра в подземной лаборатории. По данным IHEP, он состоит из сетчатого корпуса из нержавеющей стали диаметром 41 метр, акриловой сферы диаметром 35,4 метра, 20 000 тонн жидкого сцинтиллятора и 45 000 ламп фотоумножителя, а также других ключевых компонентов.
По мнению экспертов, жидкий сцинтиллятор служит средой для обнаружения нейтрино. Когда большое количество нейтрино проходит через детектор, они взаимодействуют со сцинтиллятором, испуская чрезвычайно слабый сцинтилляционный свет, который затем регистрируется фотоумножителями. Эти 45 000 фотоэлектронных умножителей действуют как «глаза», плотно расположенные на внутренней стороне сетки из нержавеющей стали, обращенные к акриловой сфере и постоянно отслеживающие световые сигналы, излучаемые изнутри нее. Они преобразуют световые сигналы, испускаемые при захвате нейтрино, в электрические сигналы и усиливают их в 10 миллионов раз, тем самым получая информацию об их энергии и местоположении для компьютерного анализа.
Чтобы точно измерить массу нейтрино, современный подход предполагает наблюдение за колебаниями нейтрино для определения их относительных масс. Для описания колебаний нейтрино требуется шесть параметров. Четыре из них уже были успешно измерены учеными, включая один, обнаруженный китайскими исследователями в ходе эксперимента в Дайя-Бэй. По словам Ван Ифана, академика CAS и директора IHEP, остальные полтора параметра находятся в центре внимания проекта JUNO.
В будущем китайские ученые намерены не только определить абсолютную массу нейтрино, но и выявить относительные различия в массах между ними путем изучения осцилляций нейтрино. Изучая эти свойства массы, они надеются разработать теоретическую основу, которая улучшит понимание людьми физического мира и прольет свет на происхождение и эволюцию Вселенной. По словам Вана, это исследование в конечном итоге внесет вклад в стремление человечества лучше понять как космос, так и фундаментальную природу материи.
Вид снизу на нейтринный детектор JUNO. Фото: предоставлено IHEP
Рабочий персонал устанавливает оборудование в систему детектора JUNO veto, которая предназначена для обнаружения космических мюонов и снижения фона. Фото: предоставлено IHEP
Рабочий персонал проверяет конструкцию поддерживающей инфраструктуры JUNO. Фото: предоставлено IHEP
| 