SNOLAB

SNOLAB
46°28′18″ пн. ш. 81°11′12″ зх. д. / 46.4717° пн. ш. 81.1867° зх. д. / 46.4717; -81.1867
Країна  Канада
Дата відкриття 1992
Сайт: snolab.ca​(англ.)

SNOLAB — канадська підземна наукова лабораторія, що спеціалізується на фізиці нейтрино та темної матерії. Розташована на глибині 2 км в нікелевій шахті Крейтон[en] компанії Вейл поблизу Садбері (Онтаріо), SNOLAB є доповнює наявні об'єкти, побудовані для початкового експерименту із сонячними нейтрино «Садберійська нейтринна обсерваторія» (SNO).

SNOLAB поверхнева будівля. Доступ до підземних споруд забезпечується через розташований неподалік шахтний ліфт, яким керує Vale Limited

SNOLAB — це найглибша у світі установа з чистим приміщенням, що діє. Хоча доступ до неї здійснюється через шахту, що діє, власне лабораторія підтримується як чиста кімната класу 2000 з дуже низьким рівнем пилу та радіаційного фону. 2070 м (6800 футів) породи над SNOLAB забезпечує екранування від космічних променів, рівне 6010 м водного еквіваленту (МВЕ), створючи середовище з низьким фоном для експериментів, які вимагають високої чутливості та підрахунку надзвичайно малих кількостей[1]. Поєднання великої глибини та чистоти, забезпечене в SNOLAB, дозволяє вивчати надзвичайно рідкісні взаємодії та слабкі процеси. На додаток до фізики нейтрино та темної матерії, SNOLAB також є місцем проведення біологічних експериментів у підземному середовищі.

Історія

[ред. | ред. код]

Після завершення експериментів на Золотих родовищах Колар[en] із закриттям цієї шахти 1992 року, нейтринна обсерваторія в Садбері була найглибшим у світі підземним експериментом[2]. Після найглибшої підземної лабораторії в Північній Америці на глибині 2100 MWE, і найглибший у світі на 4800 MWE, багато груп були зацікавлені в проведенні експериментів на глибині 6000 MWE.

2002 року Канадський фонд інновацій схвалив фінансування розширення об'єктів SNO до лабораторії загального призначення[3], а 2007[4] та 2008[5] року було ще отримано кошти.

Будівництво основної лабораторії завершено 2009 року[6], а вся лабораторія почала працювати як «чисте» приміщення в березні 2011 року[7].

SNOLAB — найглибша підземна лабораторія у світі, пов'язана від 2011 року з Китайською підземною лабораторією Цзіньпін (CJPL)[en]. Хоча над CJPL більше каменю (2.4 км), ефективна глибина для наукових цілей визначається потоком мюонів космічного випромінювання, а гірське розташування CJPL спричиняє більше проникнення мюонів збоку, ніж плоска розкривна порода SNOLAB. Виміряні потоки мюонів становлять 0.27 μ/м²/добу (3.1×10−10 μ/см²/с) у SNOLAB[1], і 0.305±0.020 μ/м²/добу ((3.53±0.23)×10−10 μ/см²/с) на CJPL[8], що близько до точності вимірювань. (Для порівняння, потік на поверхні, на рівні моря, становить близько 15×106 μ/м²/добу.)

Перевагою CJPL є менша кількість радіоактивних ізотопів у навколишній породі.

Експерименти

[ред. | ред. код]

Станом на листопад 2019 року, на SNOLAB проводять такі експерименти:[9][10][3][11][12]

Детектори нейтрино

[ред. | ред. код]
  • SNO+ — нейтринний експеримент, що використовує оригінальну експериментальну камеру SNO, але з використанням, замість важкої води, рідкого сцинтилятора з лінійного алкілбензену. Це збільшує вихід світла, а отже, й чутливість, дозволяючи SNO+ виявляти не лише сонячні нейтрино, але й геонейтрино та реакторні нейтрино. Кінцевою метою SNO+ є спостереження безнейтринного подвійного бета-розпаду (0vbb).
  • HALO (Обсерваторія гелію та свинцю) — детектор нейтрино, який використовує кільцеподібні свинцеві блоки для виявлення нейтрино від наднових у нашій галактиці[13][14]. HALO є частиною системи раннього попередження про наднову (SNEWS), міжнародного проєкту щодо чутливих до нейтрино детекторів, який дозволяє астрономам спостерігати перші фотони, видимі після колапсу наднової зорі[15].

Детектори темної матерії

[ред. | ред. код]
  • DAMIC (англ. Dark Matter in Charged Coupled Devices — Темна матерія в приладах із зарядовим зв'язком (ПЗЗ)) — детектор темної матерії, який використовує ПЗЗ великої товщини для отримання зображень із довгою експозицією частинок, що проходять через детектор. Різні частинки мають відомі ознаки, і DAMIC покликаний допомогти знайти щось нове, що могло б сигналізувати про частинки темної матерії[16][17][18][19].
  • DEAP[en]-3600 (англ. Dark Matter Experiment using Argon Pulse-shape Discrimination — Експеримент щодо темної матерії з використанням розпізнавання форми імпульсу аргону) — детектор темної матерії другого покоління, що використовує 3600 кг рідкого аргону. Експеримент спрямований на виявлення частинок темної матерії, схожих на вімпи, за допомогою аргонової сцинтиляції — невеликої кількості світла, що виявляється надзвичайно чутливими фотопомножувачами[20][21][22].
  • PICO 40L — експеримент із пошуку темної матерії з бульбашковою камерою третього покоління[10][23], який є об'єднанням колишніх спільних проектів PICASSO та COUPP[24][25]. PICO працює з використанням перегрітих рідин, які утворюють маленькі бульбашки, коли накопичується енергія взаємодії частинок. Потім ці бульбашки виявляються високошвидкісними камерами та надзвичайно чутливими мікрофонами[26].

Біологічні експерименти

[ред. | ред. код]
  • FLAME (англ. Flies in A Mine Experiment — Мухи в шахтовому експерименті) — біологічний експеримент із використанням плодових мушок як модельного організму для дослідження фізичної реакції на роботу під землею в умовах підвищеного атмосферного тиску[27].
  • REPAIR — (англ. Researching the Effects of the Presence and Absence of Ionizing Radiation — Дослідження ефектів присутності та відсутності іонізаційного випромінювання) — біологічний експеримент, який досліджує вплив низького радіаційного фону на ріст, розвиток і механізми відновлення клітин[28].

Проєкти, що будуються

[ред. | ред. код]
  • SuperCDMS (англ. Super-Cryogenic Dark Matter Search — Суперкріогенний пошук темної матерії) — детектор темної матерії другого покоління, який використовує кристали кремнію та германію, охолоджені до 10 мК, частки градуса вище абсолютного нуля . Цей експеримент спрямований на виявлення частинок темної матерії з малою масою через дуже невелике відкладення енергії в кристалі від зіткнень частинок, що призводить до вібрацій, які виявляють датчики[29][30][31][32].
  • NEWS-G (англ. New Experiments with Spheres–Gas — Нові експерименти зі сферами–газом) — сферичний пропорційний електростатичний детектор темної матерії другого покоління, який використовує благородні гази в газоподібному стані, на відміну від зріджених благородних газів, які використовуються в DEAP-3600 і miniCLEAN. Оригінальний експеримент NEWS розташований у Моданській підземній лабораторії[fr][33][34].

Припинені експерименти

[ред. | ред. код]

Майбутні проєкти

[ред. | ред. код]

Плануються експерименти, що вимагають лабораторного простору, такі як наступне покоління nEXO[en],[41][42][23][43][24] і експеримент COBRA[en] з пошуку безнейтринного подвійного бета-розпаду[38][40]. Також є плани щодо більшого детектора PICO-500L[44].

Загальні розміри підземних приміщень СНОЛАБ, включно з господарськими приміщеннями та приміщеннями для персоналу, становлять:[45][46]

Розкопано Чиста кімната Лабораторія
Площа підлоги 7215 м²
77 636 ft² 		4942 м²
53,180 ft² 		3055 м²
32 877 ft²
Об'єм 46 648 м³ 1 647 134 фут³ 37 241 м³
1 314 973 фут³ 		29 555 м³
1 043 579 фут³

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. ↑ а б SNOLAB User's Handbook Rev. 2 (PDF), 26 червня 2006, с. 13, архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016, процитовано 1 лютого 2013
  2. ↑ Mondal, Naba K. (January 2004). Status of India-based Neutrino Observatory (INO) (PDF). Proceedings of the Indian National Science Academy. 70 (1): 71—77. Процитовано 28 серпня 2007.
  3. ↑ а б Canada selects 9 projects to lead in international research (Пресреліз). Canada Foundation for Innovation. 20 червня 2002. Процитовано 21 вересня 2007.{{cite press release}}: Обслуговування CS1: Сторінки з параметром url-status, але без параметра archive-url (посилання)
  4. ↑ а б Province Supports Expansion of World's Deepest Lab Administered by Carleton University (Пресреліз). Carleton University. 21 серпня 2007. Архів оригіналу за 18 серпня 2012. Процитовано 21 вересня 2007.
  5. ↑ New Funding will Support Underground Lab Operations as SNOLAB nears Completion (PDF) (Пресреліз). SNOLAB. 18 січня 2008. Архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016. Процитовано 26 лютого 2008.
  6. ↑ Duncan, Fraser (27 серпня 2009). SNOLAB Facility Status (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 3 березня 2016. Процитовано 2 липня 2023.
  7. ↑ SNOLAB Updates April 2011. Архів оригіналу за 6 липня 2011. Процитовано 11 липня 2011. Зараз будівництво лабораторії завершено. У всіх зонах встановлено всі засоби. Останній частині лабораторії присвоєно статус «чистої», і її відкрито для користування в березні 2011 року. Це означає, що вся лабораторія працює як чиста лабораторія, а загальна площа лабораторії становить близько 50 000 футів2 .
    Оригінальний текст (англ.)
    Construction of the lab is now complete. All of the services have been installed in all areas. The last area of the laboratory has now been given the “clean” designation and was opened for occupancy in March 2011. This means the entire lab is operating as a clean lab and brings the total lab space to about 50 000 ft2.
  8. ↑ Gui, Zuyi та ін. (13 жовтня 2020). Muon Flux Measurement at China Jinping Underground Laboratory. Chinese Physics C. 45 (2): 025001. arXiv:2007.15925. doi:10.1088/1674-1137/abccae.
  9. ↑ SNOLAB: Current experiments
  10. ↑ а б в Noble, Tony (31 січня 2014). Dark Matter Physics at SNOLAB and Future Prospects (PDF). Fourth International Workshop for the Design of the ANDES Underground Laboratory.
  11. ↑ Duncan, Fraser (24 серпня 2015). Overview of the SNOLAB Facility and Current Programme Evolution (PDF). SNOLAB Future Planning Workshop 2015. Процитовано 3 грудня 2015.
  12. ↑ Jillings, Chris (9 вересня 2015). The SNOLAB science program (PDF). XIV International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP2015). Torino. Процитовано 30 листопада 2015.
  13. ↑ HALO, 2012, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 14 листопада 2019
  14. ↑ Helium and Lead Observatory, 2012, процитовано 14 листопада 2019
  15. ↑ SNEWS: Supernova Early Warning System, 2012, процитовано 14 листопада 2019
  16. ↑ DAMIC, 2012, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  17. ↑ DAMIC Overview . (PDF), 1 вересня 2016, архів оригіналу (PDF) за 24 жовтня 2020, процитовано 15 листопада 2019
  18. ↑ DAMIC now running at SNOLAB, 29 липня 2019, архів оригіналу за 25 вересня 2020, процитовано 6 листопада 2019
  19. ↑ Cancelo, Gustavo (31 січня 2014). The DAMIC experiment (PDF). Fourth International Workshop for the Design of the ANDES Underground Laboratory.
  20. ↑ Field, Louisa (23 квітня 2015). Biggest dark matter detector lies in wait for antisocial WIMPs. New Scientist. № 3108. At the end of April, it will join other underground detectors worldwide in the race to find dark matter.
  21. ↑ DEAP, 2012, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  22. ↑ DEAP-3600 Detector, 1 листопада 2012, процитовано 15 листопада 2019
  23. ↑ а б PICO: Searching for dark matter with superheated fluids. 29 липня 2019. Архів оригіналу за 6 листопада 2019. Процитовано 2 липня 2023.
  24. ↑ а б Crisler, Michael B. (21 серпня 2013). PICO 250-liter Bubble Chamber Dark Matter Experiment (PDF). SNOLAB Future Projects Planning Workshop 2013. с. 3. Архів оригіналу (PDF) за 24 квітня 2015. Процитовано 3 грудня 2015. PICASSO + COUPP = PICO
  25. ↑ Neilson, Russell (16 грудня 2013). COUPP/PICO Status Report (PDF). Fermilab All Experimenters Meeting. с. 7. Процитовано 3 грудня 2015. COUPP and PICASSO have merged to form the PICO collaboration to search for dark matter with superheated liquid detectors.
  26. ↑ PICO: Searching for dark matter with superheated liquids, 29 липня 2019, архів оригіналу за 6 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  27. ↑ FLAME, 2012, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  28. ↑ REPAIR, 2012, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  29. ↑ Second generation dark matter experiment coming to SNOLAB (Пресреліз). SNOLAB. 18 липня 2014. Архів оригіналу за 30 березня 2019. Процитовано 18 вересня 2014.
  30. ↑ Saab, Tarek (1 серпня 2012), The SuperCDMS Dark Matter Search (PDF), SLAC Summer Institute 2012, SLAC National Accelerator Laboratory, процитовано 28 листопада 2012
  31. ↑ Construction Begins on One of the World's Most Sensitive Dark Matter Experiments, 7 травня 2018, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  32. ↑ Rau, Wolfgang (1 вересня 2016), SuperCDMS at SNOLAB (PDF), архів оригіналу (PDF) за 24 жовтня 2020, процитовано 15 листопада 2019
  33. ↑ NEWS, 2012, архів оригіналу за 15 листопада 2019, процитовано 15 листопада 2019
  34. ↑ New Experiments with Spheres-Gas, 2019, процитовано 15 листопада 2019
  35. ↑ COUPP Experiment - E961.
  36. ↑ Science at SNOLAB
  37. ↑ а б Behnke, E.; Behnke, J.; Brice, S.J.; Broemmelsiek, D.; Collar, J.I.; Conner, A.; Cooper, P.S.; Crisler, M.; Dahl, C.E. (September 2012), First dark matter search results from a 4-kg CF3I bubble chamber operated in a deep underground site, Physical Review D, 86 (5): 052001—052009, arXiv:1204.3094, Bibcode:2012PhRvD..86e2001B, doi:10.1103/PhysRevD.86.052001, FERMILAB-PUB-12-098-AD-AE-CD-E-PPD
  38. ↑ а б в Smith, Nigel J.T. (8 вересня 2013), Infrastructure Development for underground labs—SNOLAB experience (PDF), 13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics, Asilomar, California
  39. ↑ "The old COUPP detector using bubble chamber technology to search for dark matter.
  40. ↑ а б Smith, Nigel (17 червня 2015). Advanced Instrumentation Techniques in SNOLAB (PDF). 2015 Canadian Association of Physicists Congress.
  41. ↑ Sinclair, David (12 вересня 2013). The SNOLAB Science Programme. 13th International Conference on Topics in Astroparticle and Underground Physics. Asilomar, California. Архів оригіналу за 29 листопада 2014. Процитовано 21 листопада 2014.
  42. ↑ Pocar, Andrea (8 вересня 2014). Searching for neutrino-less double beta decay with EXO-200 and nEXO (PDF). Neutrino Oscillation Workshop. Otranto. Процитовано 10 січня 2015.
  43. ↑ Yang, Liang (8 липня 2016). Status and Prospects for the EXO-200 and nEXO Experiments (PDF). XXVII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics. London. Архів оригіналу (PDF) за 17 листопада 2016. Процитовано 2 липня 2023. Video available at Neutrino Conference 2016 - Friday (part 1) на YouTube.
  44. ↑ Vázquez-Jáuregui, Eric (25 липня 2017). PICO-500L: Simulations for a 500L Bubble Chamber for Dark Matter Search (PDF). TAUP2017.
  45. ↑ Noble, T. (18 лютого 2009). SNOLAB: AstroParticle-Physics Research in Canada (PDF). с. 4.
  46. ↑ Vázquez-Jáuregui, Eric (30 січня 2014). Facility and experiment developments at SNOLAB (PDF). Fourth International Workshop for the Design of the ANDES Underground Laboratory.

Посилання

[ред. | ред. код]

46°28.3′ пн. ш. 81°11.2′ зх. д. / 46.4717° пн. ш. 81.1867° зх. д. / 46.4717; -81.1867 (SNOLAB surface building){{#coordinates:}}: не можна мати більш ніж один первинний тег на сторінку