地下物理实验进展汇报-Indico

Phys. Rev. Lett. 120, 132501
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JUNO：完成四个独立刻度系统设计和模型
中心轴刻度系统
悬线系统
潜艇系统
导管系统
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新兴方向：中微子天文学
人类首次探测到高能天体中微子源！
IceCube Collaboration： Science 361, eaat1378 (2018) Science 361, eaat2890 (2018)
PRL 119, 181302 (2017), 276次， Viewpoint，APS《Physics》2017年度进展， 2018“中国最具影响力百篇” PRL 118, 071301 (2017), 94次 PRL 119 (2017) 181806，轴子 PRL 121 (2018) 021304，自作用暗物质 Nature Physics 13, 212 （2017）
地下物理实验进展汇报
刘江来
上海市粒子物理和宇宙学重点实验室、 教育部粒子物理与星系宇宙学重点实验室（筹） 2018年度学术委员会联席会议 2019/1/9
Dark Matter and Neutrino Physics @ SJTU
▪ PandaX
▪ WIMP, neutrino, and 0vDBD
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致谢
再次感谢各位 专家老师年底 百忙之中、不 远千里来上海 指导工作！
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Zhang, H, et al. Sci. China Phys. Mech. Astron. (2019) 62: 31011.
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PandaX-4T实验灵敏度
暗物质探测灵敏度较PandaX二期提高一个数量级 同时可以开展国际前沿的无中微子双贝塔衰变和低能太阳中微 子研究
PandaX-II
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国内外形势：XENON1T新结果
XENON1T PRL 121 (2018) no.11, 111302
22%的几率是本底fluctuation
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直接探测白热化的竞争
欧洲XENONnT， 6吨，2022年
美国LZ， 7吨，2022年
暗物质团队聚焦对下一代PandaX-4T实验的研制工作，争取 率先投入运行 2019年继续计划申请基金委大仪器项目资助
Shielded 241Am
SS pressure vessel
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科学成果1：原型探测器首个结果的发表
241 Am at 5 bar Xe:TMA
JINST 13 (2018) no.06, P06012
▪ 测量了不同压强、气体组分下的探测器性质
▪
241Am低能gamma源在5
Bar的Xe:TMA气体中得到的能量分辨率为14.1%
• 4m3内容积，10个大气压工作气压
• 本底钢罐体+铜衬底屏蔽（已有方案准 备招标）
• 读出平面：52块高分辨率Micromegas 只读电荷 • 重要技术进展：发现MM连接器问题， 并作出重要改进
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交大原型探测器
▪ 10个大气压下可以容纳16公斤氙气（有效质量）
▪ 用于研究Micromegas模块的能量，空间分辨率
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周宁、夏经凯等，同美国科学院院士、伯克利的Wick Haxton教授合作（最新Full basis shell-model GCN5082计算spin structure function），arXiv:1807.01936
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未来探测器R&D
▪ 下一代探测器：纯液相时间漂移室 ▪ 下一代探测器的刻度方法
▪ 多功能探测器（无中微子双贝塔衰变0）
中子刻度 低增益0v运行 Kr83m刻度 Rn220刻度 氚刻度 电场扫描 纯液相TPC
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成果列表
代表性成果 PandaX-I 重要学术论文 PRD 92, 052004 (2015), 43次
Sci. China PMA 57, 2024 (2014), 58次 Sci. China PMA 57, 1476 (2014), 67次 PRL 117, 121303 (2016), 410次， Viewpoint，封面文章
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-35
自旋相关WIMP-中子作用最强限制
10-36 10-37 10-38 10-39 10-40 10-41 10-42 10-43 10-44 10 102
PandaX-II full SM PandaX-II chiral EFT LUX XENON100
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WIMP mass (GeV/c2)
人才引进和培养
徐东莲 中微子
孟月 暗物质
王舟 低温技术
王少博 气体TPC 代表工作： PandaX-III
林业 气体TPC 代表工作： 利用气体 TPC研究辐 射生物学效 应 博后
代表工作： 代表工作： 代表工作： 冰立方 LZ暗物质 XENON1T 寻找 暗物质寻找
青千、副教 特别副研 授 究员
▪ JUNO and Daya Bay
▪ Neutrino oscillation
▪ PandaX-III and CUORE
▪ 0vDBD
▪ IceCUBE
▪ Neutrino astronomy
▪ Members: 8 faculties, 6 scientists/engineers, 5 postdocs, ~20 students
Sci. China Phys. Mech. Astron. 61 (2018) no.10, 101007
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CUORE
▪ 利用988块TeO2晶体阵列寻找130Te的无中微子双 贝塔衰变 ▪ 国际最大的定制稀释制冷机，可达6.6mK的低温 （宇宙中最冷的立方米） ▪ 2017年正式开始取数，2018年初正式发表首个 物理结果，取得了130Te的最强半衰期限制。
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PandaX-4T规划
• B2 Hall • 14m(H)x14m(W)x65m(L)
• PandaX-4T (4-ton in sensitive region)
with SI sensitivity ~10-47 cm2 • 预期2019年秋天可以开始现场工作
JUNA PandaX
CDEX
169+199+144
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CJPL基础设施建设
• A 250m2 10k-class clean room to be built • The 1000m3 water tank will be finished soon • Fresh air supply, water supply, power supply, Rn removal, ultraclean water supply on the way to come
▪ 用于研发标定和径迹重建算法 ▪ 电子学联调
Micromegas module To electronics Top flat flange
Charge readout plane Electric field shaping cage
Electron drift direction
55Fe
Cathode Ports for high voltage, pumping, gas filling, etc
上海交大作为国内首个单位加入IceCUBE实验
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计划：依托中微子实验开展研究
发挥本重点实验室粒子物理和天文 学科的高度交叉的优势，深度参加 江门中微子实验和冰立方实验，通 过探测器建设和物理分析，开展粒 子物理和天文学的研究
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总结
▪ PandaX-II实验还是国际最灵敏的暗物质探测器之 一 ▪ 升级计划（4吨）明确，正在争分夺秒开展中 ▪ 中微子实验（群）瞄准前沿方向，进展顺利 ▪ 团队建设卓有成效，形成高效、团结的集合体， “握拳式”发展模式
同加州大学于海波团队合作首次利 用暗物质直接探测实验数据对“自 相互作用暗物质”给出了最强烈的 限制。
轻媒介子质量（GeV）
自作用粒子质量（GeV）
PRL121,021304，“编辑推荐”，杨 勇等
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科学成果2：有效场框架搜寻暗物质-核子作用
SD WIMP-neutron cross section (cm2)
Experiment Hall
Water Tank
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实验项目进展
Distillation tower
TPC prototype Outer and inner vessels
Cooling Bus
Clean room @ SJTU
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中微子：粒子物理前沿问题
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百公斤级高压气体探测器
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PandaX-4T实验本底
• Simulate the ER and NR events • Detector materials: inner/outer vessels, flanges, copper plates, electrodes, PTFE materials, PMTs etc • Radioactivity in xenon: 85Kr, 222Rn, 136Xe • Neutrino • Total ER background: 0.05 mDRU（0.8 in Run10） • Total NR background: 1 event / t-y
（ 59.5keV ）。 ▪ 利用muon展示了TPC的径迹测量功能
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科学成果2：深度学习在径迹识别上的应用
▪ Geant4-based MC + diffusion + MM detector response ▪ Convoluted neutral network deep learning helped in identifying events ▪ 在传统量能器基础上降低本底100倍
down time 20% LED 1% ZLE study 3% DM 63% AmBe 6%
Rn 7%
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科学成果1：自相互作用暗物质
▪ 有很强“自相互作用”暗 物质可以解决由来已久 的“星系旋转曲线多样性 问题”(“diversity puzzle”)
▪ 如果和SM规范玻色字耦 合，可以直接探测！
博后
博后特别 副研究员
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暗物质：PDG2018
Hale Waihona Puke Baidu
PandaX-II实验运行情况
▪ 三年运行完成暗物质数据采集天数700天
▪ 2015年试运行：Run 8 = 6.8 吨天 曝光量 ▪ 2016-2017年低本底运行：Run 9 + Run10 = 54 吨天 曝 光量
▪ 2018年继续暗物质数据采集，增加 92 吨天 曝光量