萨德伯里微中子观测站实验室

2018-06-24 05:58:53
萨德伯里中微子观测站实验室地面建筑。

萨德伯里中微子观测站实验室SNOLAB,简称为“萨实验室”)是位于加拿大安大略省萨德伯里2100米深的镍矿中的地下物理实验室。原本位于此处的萨德伯里微中子观测站(Sudbury Neutrino Observatory,缩写为SNO)实验计划已结束,但其设施已被扩张成为永久物理实验室。

萨实验室乃是全世界在地下比较深处的几个实验设施之一。在地下2316米深处果拉尔金矿的粒子实验英语Particle experiments at Kolar Gold Fields因矿场关闭而于1992年终止运作。12正在计划中的DUSEL英语Sanford Underground Research Facility实验室也已大幅度缩减,由于国家科学基金会拒绝负担主要开支。32010年开始运作的中国锦屏地下实验室在那时是全世界最深的地下实验室,缈子通量低于0.2 μ/m²/day ,4萨实验室的缈子通量为0.27 μ/m²/day。5 (与之相比,在海平面,缈子通量大约为15 million μ/m²/day。)

虽然与矿坑相连通,实验室本身维持于级别2000标准的洁净室状况,即尺寸不小于1μm的粒子少于2000个每1 m3空气,背景辐射也很低.在其上方有2070 m石头,约6010 米水当量英语meter water equivalent(MWE)的屏蔽,足可挡去大部分的宇宙射线,是设置高灵敏度英语sensitivity (electronics)与超低计数率实验梦寐以求的良好环境。5

目录

  • 1 历史
  • 2 实验
  • 3 参考资料
  • 4 外部链接

历史

萨实验已获得重大成功,并且展示出地下深处物理实验室的宝贵价值,很多基础物理问题都可以从在地下深处完成的物理实验获得答案,例如,在太阳内部进行核聚变的状况、中微子的质量、暗物质的探测等等重要问题。2002年,加拿大创新基金会英语Canada Foundation for Innovation批准,将萨观测站扩张成为一所永久性世界级实验研究中心,6该实验室分别又在2007年与2008年获得更多资金。78

实验

2014年,正在安装中的DEAP-3600探测器。

在萨实验室里,主要有六个正在进行的物理实验: 910:2

  • 氦与铅观测站英语Helium and Lead Observatory(HALO):这是一种铅基中微子探测器,专门用来探测银河系内的超新星所产生的中微子。11
  • 电荷耦合器件暗物质探测器(Dark Matter in CCDs,DAMIC):使用6个含有1g质量硅元素的当今(2015年)最先进的电荷耦合器件,其具有探测质量小于6GeV的大质量弱相互作用粒子类型暗物质的功能。1213
  • COUPP60气泡室:使用装有37kg过热CF3I的气泡室来探测大质量弱相互作用粒子类型的暗物质。14
  • PICO 2L气泡室:使用装有2.9kg过热C3F8的气泡室(2升容量)来探测大质量弱相互作用粒子类型的暗物质。1510:41
  • PICO-60气泡室:使用装有60kg过热C3F8的气泡室来探测大质量弱相互作用粒子类型的暗物质。16
  • 氩元素暗物质探测器英语DEAP-3600(DEAP-3600):使用3600 kg 氩液体来探测暗物质,灵敏度超过其它当今(2015年)最先进实验20倍。171810:14,21

现在(2015年),还有四个实验项目正在兴建中: 9

  • SNO+英语SNO+中微子探测器:在原本的萨探测器内,将原本使用的重水更换为液体闪烁剂,其光输出量更高,因此可以探测到低能量太阳中微子、地球中微子英语geoneutrino、反应堆中微子(reactor neutrino)等等。19
  • 迷你惰气基低温低能量天文物理学英语Cryogenic Low-Energy Astrophysics with Neon(MiniCLEAN)暗物质探测器:使用氩液体或氖液体来探测大质量弱相互作用粒子类型的暗物质。10:24–3220
  • 超级低温暗物质搜寻计划(Super Cryogenic Dark Matter Search,SuperCDMS):使用当今(2015年)最先进的低温锗基探测器来搜寻大质量弱相互作用粒子类型的暗物质。2122
  • DAMIC100探测器:使用18块厚度为675 μm的16Mpix电荷耦合器件来探测暗物质,合计共用到100g硅元素,放射性背景事件率预期超小于1dru(#event/kg·day·keVee)。13

另有五个实验项目已按计划圆满达成目标,现已关闭运作:

  • 原本的重水基萨德伯里中微子观测站实验。
  • 北极星:这是个位于萨实验室的地下实验计划,专门观测在地球深层非常坚硬的硬岩英语Underground mining (hard rock)所产生的地震信号。
  • 第一代COUPP4气泡室:使用装有4kg过热CF3I的气泡室来探测大质量弱相互作用粒子类型的暗物质。2324
  • 氩元素暗物质探测器英语DEAP-1:使用7 kg 氩液体为与大质量弱相互作用粒子相互作用的标靶,主要目的是在鉴别氩液体的脉冲形状。25
  • 加拿大探索超对称物体计划英语PICASSO (dark matter):使用过热的C4F10液体,以小液滴形式分散在聚合介质或黏性介质内,可以用来探测暗物质。假设有暗物质与小液滴发生碰撞,则小液滴会变换为气泡,并且伴随着可记录的声脉冲。26:3

萨实验室正在考虑添加更多实验计划,例如,下一代冨集氙观测站英语Enriched Xenon Observatory(nEXO)2728:16、探索无中微子双贝他衰变的眼镜蛇实验英语COBRA experiment29:27、发展圆球形气体探测器来探测暗物质的新圆球实验英语New Experiments With Spheres(NEWS)30。萨实验室计划兴建一个更大的PICO-250L气泡室 10:44

参考资料

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  27. ^ Sinclair, David. The SNOLAB Science Programme (PDF). 13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics. Asilomar, California. 12 September 2013 2014-11-21. 
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  30. ^ NEWS: New Experiments With Spheres. 2015-08-16. 

外部链接

  • (英文)萨实验室网站
  • (法文)SNOLAB的法语介绍
  • (英文)Experiment Cave. WIRED Science. 第104集. 2007-10-24. PBS. 
  • (英文)Jepsen, Kathryn, Voyage to SNOLAB, Symmetry, 2012-11-05 2012-11-26, ISSN 1931-8367 
  • (英文)Semeniuk, Ivan. Going deep underground in Canada in search of dark matter. The Globe and Mail. 22 March 2014 22 March 2014. 

坐标:46°28.3′N 81°11.2′W / 46.4717°N 81.1867°W / 46.4717; -81.1867 (SNOLAB surface building)


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