П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge ....
description
Transcript of П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge ....
![Page 1: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/1.jpg)
1
ППоиск безнейтринного двойного бета-распадаоиск безнейтринного двойного бета-распада 7676GeGe..Проект Проект GERDAGERDA..
Кирпичников И. В.Кирпичников И. В., ИТЭФ, ИТЭФ
Germany,Italy,Russia,Poland, Belgium, China, Switzerland
95 physicists,17 institutions
Russia: KI, ITEP, INR, JINR
![Page 2: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/2.jpg)
2
ПРОЕКТ ПРОЕКТ GERDA GERDA
Целью проекта GERDA является создание установки нового поколения и поиск безнейтринного двойного бета-распада 76Ge.
2
Основная концепция экспериментаОсновная концепция эксперимента: :
сборка кристаллов из обогащённого до 8сборка кристаллов из обогащённого до 866 % % 7676GeGe помещается помещается в криостат с жидким аргоном. Минимум конструкционных в криостат с жидким аргоном. Минимум конструкционных материалов.материалов.
![Page 3: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Достоинства Ge детекторов
Источник (Ge-76) = = детектор (HP Ge)Возможность изготовлениядетекторов большой массы
Высокая эффективность регистрации (около 100%)независимо от массыдетектора
Очень чистый исходный материал
Низкий собственный фон
Рекордное разрешение (ΔЕ ~ 4 кэв)
Максимальная чувствительность.Нет фона 2b2nu-распада
Высокое обогащение 7.7 % 86 %
Lim T1/2 ~ k·(M·ε·t / B·∆E)1/2
M – масса мишени, к – содержание активного изотопа (%%) , ε – эффективность детектора, В – уровень фона (соб.кэв кг год), ∆E – разрешение детектора, t – время измерений
![Page 4: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Детекторы из обогащённого Ge
Detector Mass, g HV,V Status
Enriched
ANG 1 958 3500 Operatig in GERDA
ANG 2 2833 4000 Operating in GERDA
ANG 3 2391 3000 Operating in GERDA
ANG 4 2372 3000 Operating in GERDA
ANG 5 2746 1800 Operating in GERDA
RG 1 2110 4500 Operating in GERDA
RG 2 2166 4000 Operating in GERDA
RG 3 2087 3300 Operating in GERDA
total 17.663
![Page 5: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Коллаборации Гайдельберг-Москва во главе с Клапдором объявила в 2001 году о наблюдении 2b0nu-распада .
Ettore Fiorini, TAUP-2005, Ettore Fiorini, TAUP-2005, Zaragoza, September 12, 2005Zaragoza, September 12, 2005::
Claim: 4.2σ evidence for 0νββ Best fit: 1.19 x10**25 y PSA analysis (MPLA21,2006):
(2.23 + 0.44 – 0.31)x10**25 y (6σ)
![Page 6: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/6.jpg)
6
GERDA: GERDA: Фазы экспериментаФазы эксперимента
ФАЗА I: 17.6 кг обогащенного Ge (86% Ge-76) 8 детекторов экспериментов H-M и IGEX3 года измерений, если фон ~ 10-2 cts/(keVkgyr) (проверка резудьтатов группы H-M) Начало – осень 2010, Gran Sasso T1/2 > 3 x 1025 yr <m> < 270 meV
ФАЗА II: около 40 кг обогащенного Ge (85% Ge-76) 8 детекторов экспериментов H-M и IGEX (17.9 кг) + (25-30) кг детекторов из обогащенного Ge типа BEGe.
Если фон = 10-3 cts/(keVkgyr) T1/2 > 1.5 1026 yr в течении 3 лет измерений
<m> < 110 meV
6
![Page 7: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Схема установкиСхема установки
Размеры криостата:Ø4 м, h=6 м
Объём 70 куб.м.Криостат установленвнутри бака с водой.
Размеры бака:Ø10 м, h=~9 м
Объём 630 куб.м.
Установка размещенав LNGS,
1400 м под землёй(3800 мвэ)
7
![Page 8: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/8.jpg)
8
![Page 9: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/9.jpg)
9
![Page 10: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Общий вид Общий вид GeGe-детектора и сборки -детектора и сборки детекторов в детекторов в IIйй ФАЗЕ эксперимента ФАЗЕ эксперимента GERDAGERDA..
10
![Page 11: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/11.jpg)
11
2010-2011 гг. Тестовые измерения.Детекторы,
использованные при тестовых измерениях.
Test.doc Детекторы использовавшиеся при тестовых измерениях
детектор
полная масса,грамм
содерж.Ge-76,%%
рабочеенапряж.,
вольт
GTF45 2.312 7.9 3000
GTF32 2.321 7.9 3000
GTF112 2.957 7.9 3000
7.590
RG1 2.110 85 4500
ANG4 2.372 85 3000
RG2 2.166 85 4000
6.648
![Page 12: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Начало измерений осень 2010: неожиданно большой фон Ar-42.
![Page 13: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Тестовые экспозиции 2011 года
position top Middle bottom
R12,gtf 30.68 d 13.02-16.03.11 Norm gtf45 gtf32 Gtf112
R14,enr 7.1 d 21.08-28.08.11 50 cm high Rg1 Ang4 Rg2
R15,enr 16.02 d 30.06-25.07.11 Norm Rg1 Ang4 Rg2
R16, enr 8.9 d 1.08-10.08 Norm Rg1 Ang4 Rg2
R16, gtf 8.9 d 1.08-10.08 70 cm high gtf32 gtf45 gtf112
R17 enr 6.0 d 11.08-17.08 Norm Rg1 Ang4 Rg2
R17 gtf 6.0 d 11.08-17.08 70 cm high gtf32 gtf45 gtf112
R18 enr 6.0 d 17.08-22.08.11 Norm Rg1 Ang4 Rg2
R18 gtf 6.0 d 17.08-22.08.11 Norm gtf32 gtf45 gtf112
R19, enr 2.8 d 25.08-28.08.11 80 cm high gtf32 gtf45 gtf112
R20, enr 6.7 d 31.08-6.09.11 120 cm high Rg1 Ang4 Rg2
R20, gtf 6.7 d 31.08-6.09.11 - 25 cm low gtf32 gtf45 gtf112
R21, enr 13.65 d 5.09-19.09.11 60 cm high Rg1 Ang4 Rg2
R21, gtf 13.65.d 5.09-19.09.11 - 25 cm low gtf32 gtf45 gtf112
R22,enr 15.73 d 19.09-16.10.11 - 25 cm low Rg1 Ang4 Rg2
R22,gtf 15.73 d 19.09-16.10.11 - 25 cm low gtf32 gtf45 gtf112
![Page 14: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Установка мини-экрана (minishroud) : цилиндр из 50 мк медной фольги диаметром 115 мм и высотой 45 см. Экран заземлён. На внешней поверхности детекторов +(3-4) кв.
![Page 15: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Эффект мини-экрана
![Page 16: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Фон : 79 дней измерений с необогащёнными Ge-76.
Недостатки – продолжение достоинств. Предельно малый уровень фона означает предельно большое время измерений для точной его
оценки.
![Page 17: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Первые измерения с детекторами из обогащённого германия.
Спектр в области 2b2nu-распада
![Page 18: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Эффект мини-экрана в области ожидаемого 2b0nu-эффекта
(детекторы из природного Ge,79 дней измерений).
![Page 19: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/19.jpg)
19
Измерения с обогащёнными детекторами.
<1950-2150 keV>BI=0.045 events/kev kg year
3 детектора (1 струна)36.9 дней
RUN 15-18, 36.9 d
00,20,40,60,8
11,2
19
51
20
01
20
51
21
01
energy, MeV
ev
en
ts / 2
ke
V
2037 keV
![Page 20: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/20.jpg)
20
RUN 22, 15.3 d
00.5
11.5
22.5
16
01
17
01
18
01
19
01
20
01
21
01
22
01
23
01
24
01
25
01
26
01
27
01
28
01
29
01
energy,MeV
ev
en
ts / 2
ke
V
2037 k eV
Измерения с обогащёнными детекторами. Недостатки – продолжение достоинств. Предельно малый уровень фона означает предельно большое время измерений для точной его оценки.
1 событие в 200 кэв интервале (1950-2150).Формально <BI>=0.018 соб/кэв кг год
![Page 21: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Монтаж полной сборкиИзмерения начаты 9 ноября 2011 г.
![Page 22: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Первые результаты с полной сборкой (12 дней)Измерения начаты 9 ноября 2011 г.
total counts between 1939 and 2139 keV
Detector 0: 1 Detector 1: 0 Detector 2: 0 Detector 3: 0 Detector 4: 0 Detector 5: 1 Detector 6: 0 Detector 7: 0 Detector 8: 0 Detector 9: 1 Detector 10: 0
BI ---> 0.012 ev / keV*kg*y
BI ---> 0.018 ev / keV*kg*y
Mass of enriched Ge detectors: 17.671 kgMass of natural Ge detectors: 7.59 kg
![Page 23: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/23.jpg)
23
Одновременно с работами с детекторами основной установки GERDA проводились исследования возможности подавления фона путём регистрации сцинтилляций в жидком аргоне на установке LArGe-test facility. Получены впечатляющие результаты.
![Page 24: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Подавление Комптона от пика 2.615 Мэв превышает 5000. Рассматривается возможность применении метода в 1-ой фазе эксперимента.
![Page 25: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Подготовка 2-ой фазы эксперимента.
1. Закуплены 37 кг обогащённого германия 2. Идёт процесс выращивания кристаллов.3. Все детекторы будут изготовлены к концу 2012 года ( типа BEGe)
![Page 26: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/26.jpg)
26
1. Монтаж установки GERDA завершён летом 2010 года.2. С осени 2010 года на установке ведутся тестовые измерения. Все узлы установки работают стабильно.3. Неожиданно высокий фон Ar-42 (К-42) удалось значительно снизить. В области 2b2nu-эффекта фон Ar-42 (К-42) составляет около 8% от измеренного спектра. Вклад других источников фона мал.4. Фон в области 2b0nu-эффекта измерянный при помощи детекторов из природного германия составляет 0.074 соб/кэв кг год. Оценка этого фона для детекторов из обогащённого германия показала что его величина существенно ниже ( 0.01-0.02 соб/кэв кг год ). 5. 1 ноября начаты измерения в полной геометрии (8 детекторов из обогащённого германия).6. Ведётся подготовка 2-ой фазы: а) закуплены и прошли дополнительную очистку 37 кг обогащённого германия б) начато выращивание кристаллов Ge-76 в) все новые детекторы будут изготовлены до конца 2012 года (типа BEGe)7. Проверена система оптического подавления фона
итоги
![Page 27: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/27.jpg)
27
![Page 28: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Gerda-EXO
Ge. M=17.6 ε=100 % B=0.04 ∆E=5 keVLim T1/2 = k·(M·ε·t / B·∆E)1/2= k· (17.6·1·t / 0.04·5) ½ = 8.4· k·t
Xe. M=63 ε= 0.65 B=0.004 ∆E=200 keVLim T1/2 = k·(M·ε·t / B·∆E)1/2= k· (63·0.65·t / 0.004·300) ½ = 4.8 · k·t
![Page 29: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Matrix elements
![Page 30: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/30.jpg)
30
2b0nu-распад?
![Page 31: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Klapdor data
Klapdor data
02468
1012141618
2001
2006
2011
2016
2021
2026
2031
2036
2041
2046
2051
2056
2061
energy, keV
even
ts \
keV
FULL
SSE
sse ss
Klapdor data
02468
1012141618
2001
2006
2011
2016
2021
2026
2031
2036
2041
2046
2051
2056
2061
energy , keV
even
ts /
keV
FULL
SSE
low cut
![Page 32: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Lim T1/2 = k·(M·ε·t / B·∆E)1/2
M – масса мишени, к – содержание активного изотопа, ε – эффективность детектора, В – уровень фона (соб /кэв кг год), ∆E – разрешение детектора, t – время измерений
Почему германий ?
![Page 33: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/33.jpg)
33
![Page 34: П оиск безнейтринного двойного бета-распада 76 Ge . Проект GERDA . Кирпичников И. В. , ИТЭФ](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062806/56814f32550346895dbcc471/html5/thumbnails/34.jpg)
34
ПРОЕКТ ПРОЕКТ GERDA GERDA
Целью проекта GERDA является создание установки нового поколения и поиск безнейтринного двойного бета-распада 76Ge. Обнаружение и исследование безнейтринного двойного бета распада (20-распад) представляет физикам уникальную возможность выхода за рамки Стандартной Модели Электрослабого Взаимодействия. Существование процесса означает нарушение лептонного числа, наличие у нейтрино массы и его майорановскую природу. Обнаружение осцилляций нейтрино показало, что нейтрино является массивной частицей. Однако вопрос о природе нейтрино, абсолютной шкале и иерархии масс остаётся открытым. 34