Ahli fisika Laura Marini dijalankan sebagai koordinator dan manajer lokasi Cryogenic Underground Observatory for Rare Events (CUORE). Dioperasikan oleh kolaborasi internasional, percobaan ini terletak jauh di bawah gunung di wilayah Abruzzo Italia di Laboratorium Nasional Gran Sasso dari Institut Fisika Nuklir Nasional. Marini menerima gelar PhD dalam bidang fisika dari University of Genoa pada tahun 2018 dan kemudian melakukan postdoc di University of California, Berkeley. Dia mulai mengerjakan CUORE selama PhD-nya dan hari ini dia berafiliasi dengan Institut Sains Gran Sasso Italia dan lab Gran Sasso. Marini berbicara dengan Richard Blaustein tentang perannya di CUORE dan tonggak sejarah eksperimen baru-baru ini dalam penyelidikan berkelanjutannya tentang apakah neutrino adalah partikel Majorana.
Bisakah Anda menjelaskan peran ganda Anda di CUORE?
Saat ini, saya menjalankan koordinator untuk eksperimen saat ini dan pengelola lokasi untuk CUORE. Sebagai run co-ordinator, saya memastikan eksperimen terus berjalan tanpa henti. Ini penting karena kami mencari kejadian yang sangat langka, jadi kami ingin mengambil data selama mungkin tanpa henti. Saya mengerjakan bagian eksperimen kriogenik dan bagian pengumpulan data. Saya juga berupaya meminimalkan tingkat kebisingan latar belakang dalam percobaan – yang juga penting saat mencari kejadian langka.
Peran pengelola lokasi saya sedikit lebih luas daripada menjalankan koordinator. Saya menangani antarmuka antara eksperimen dan Laboratorium Nasional Gran Sasso, mengoordinasikan aktivitas di lokasi, dan mengatur pemeliharaan semua sistem dan subsistem.
Bisakah Anda menjelaskan CUORE dan apa yang ingin diukur?
CUORE mencari peristiwa langka dalam fisika dan dirancang khusus untuk mencari peluruhan beta ganda tanpa neutrino. Proses ini diharapkan terjadi jika neutrino adalah anti-partikelnya sendiri – yaitu, jika mereka adalah partikel Majorana. Menjawab pertanyaan ini penting karena jika neutrino terbukti sebagai partikel Majorana, misteri mengapa massa neutrino begitu kecil dalam Model Standar fisika partikel akan terpecahkan.
Kami mencari peluruhan beta ganda tanpa neutrino di isotop telurium-130 karena diketahui mengalami peluruhan beta ganda biasa dan memiliki kelimpahan alami yang tinggi. CUORE memiliki 184 kristal telurium dioksida yang disimpan di dekat 10 mK di dalam cryostat besar. Cryostat tidak menggunakan helium cair melainkan memiliki cryocooler lima tabung pulsa.
Percobaan harus dilakukan pada suhu yang sangat rendah karena kita mencari peluruhan beta ganda tanpa neutrino dengan mendeteksi sedikit peningkatan suhu di dalam kristal yang terjadi karena peluruhan. Sebelum CUORE, hanya sejumlah kecil volume dan massa percobaan yang dapat didinginkan, tetapi kami telah meningkatkannya secara luar biasa dengan mendinginkan hingga 1.5 ton material pada suhu dasar. Keuntungan lain dari CUORE adalah eksperimen tersebut memiliki resolusi energi yang sangat baik dan beroperasi pada rentang energi yang sangat luas – yang akan membantunya mengidentifikasi peristiwa peluruhan.
Apa pentingnya pencapaian CUORE baru-baru ini dalam memperoleh data “ton-tahun”?
Ton-tahun mengacu pada massa telurium oksida yang dipantau dikalikan dengan lamanya waktu percobaan mengumpulkan data. Massanya adalah 741 kg dan data diperoleh dalam proses yang dilakukan antara 2017 dan 2020. Tidak setiap proses menggunakan seluruh massa, tetapi secara keseluruhan data dikumpulkan selama satu ton selama satu tahun.
Ada dua aspek penting dalam hal ini. Pertama, ini adalah pertama kalinya massa sebesar itu didinginkan dalam cryostat. Kedua, karena kami dapat menjalankan percobaan untuk waktu yang lama, kami telah menunjukkan bahwa kalorimeter kriogenik adalah cara yang layak untuk mencari peluruhan beta ganda neutrinoless.
Apa yang disampaikan oleh data selama satu ton ini kepada Anda dan kolega Anda?
Untuk lebih jelasnya, kami belum menemukan partikel Majorana. Sebagai gantinya, kami telah dapat menetapkan batas bawah waktu paruh peluruhan beta ganda neutrinoless. Kita sekarang tahu bahwa waktu paruh lebih besar dari 2.2×1025 bertahun-tahun. Kami dapat menyimpulkan ini karena jika waktu paruh lebih pendek, kami berharap untuk melihat setidaknya satu atau lebih peristiwa di CUORE.
Apakah CUORE dapat digunakan untuk menjelajahi bidang fisika lainnya?
Ya. CUORE dirancang untuk mencari peristiwa langka dan karenanya berpotensi untuk mencari materi gelap. Partikel materi gelap diperkirakan sangat jarang berinteraksi dengan bahan detektor CUORE dan ini akan melibatkan pelepasan energi dalam jumlah yang sangat kecil. Jadi, pencarian materi gelap akan mendapat manfaat dari massa besar dan waktu percobaan yang panjang. Pencarian materi gelap akan melibatkan penjelajahan wilayah energi lain di detektor dan ada kelompok fisikawan dalam kolaborasi CUORE yang melihat kemungkinan itu.
Apakah tonggak cryogenic CUORE memiliki pengaruh pada komputasi kuantum?
Saya bukan ahli komputasi kuantum, tetapi secara umum, perangkat solid state yang memproses informasi kuantum memerlukan waktu koherensi kuantum yang lama. Kita tahu bahwa panas dan radiasi kosmogenik keduanya mengurangi waktu koherensi kuantum. Menjalankan eksperimen di bawah tanah dengan cryogenics canggih menawarkan perlindungan dari efek negatif ini. Sementara kristal telurium dioksida CUORE tidak dapat digunakan untuk komputasi kuantum, fakta bahwa kami telah mencapai percobaan yang begitu lama di bawah tanah dengan cryostat yang sangat besar dan dengan bahan bersih dapat berpotensi sangat berguna untuk pengembangan teknologi kuantum.
Apa yang akan terjadi di masa depan untuk kolaborasi CUORE?
CUORE akan berjalan hingga 2024 dan kami sedang mengerjakan Peningkatan CUORE dengan Identifikasi Partikel – atau CUPID. Kami akan mengganti kristal telurium dioksida CUORE saat ini dengan kristal litium molibdat. Ketika partikel yang dihasilkan dalam peluruhan beta ganda tanpa neutrino berinteraksi dengan litium molibdat, mereka menghasilkan panas dan cahaya. Cahaya ini akan dideteksi bersama dengan panas, dan rasio panas-ke-cahaya akan memungkinkan kita untuk menolak peristiwa latar belakang yang melibatkan partikel yang tidak dihasilkan oleh peluruhan beta ganda neutrinoless. Struktur kriogenik percobaan juga akan ditingkatkan.
