物理学者 ローラ・マリーニ 極低温地下観測所 (CUORE) の運営コーディネーター兼サイト マネージャーです。 国際協力によって運営されているこの実験は、イタリアのアブルッツォ地方の山の奥深く、国立核物理学研究所のグラン サッソ国立研究所にあります。 Marini は 2018 年にジェノバ大学で物理学の博士号を取得し、その後カリフォルニア大学バークレー校でポスドクを務めました。 彼女は博士号取得中に CUORE に取り組み始め、現在はイタリアのグラン サッソ科学研究所とグラン サッソ ラボに所属しています。 Marini は、CUORE での彼女の役割と、ニュートリノがマヨラナ粒子であるかどうかの継続的な調査における実験の最近のマイルストーンについて、Richard Blaustein に話しました。
CUOREでのあなたの二重の役割について教えてください。
現在、私はこの現在の実験の実行コーディネーターと CUORE のサイト マネージャーを務めています。 実行コーディネーターとして、実験が停止することなく実行され続けるようにします。 非常にまれなイベントを探しているため、これは重要です。そのため、停止せずにできるだけ長くデータを取得したいと考えています。 私は実験の極低温部分とデータ収集部分の両方に取り組んでいます。 また、実験中のバックグラウンド ノイズ レベルを最小限に抑えることにも取り組んでいます。これは、まれなイベントを探すときにも重要です。
私のサイト マネージャーの役割は、ラン コーディネーターよりも少し広い範囲です。 実験とグラン サッソ国立研究所の間のインターフェースを処理し、現場での活動を調整し、すべてのシステムとサブシステムのメンテナンスを整理します。
CUORE とそれが測定しようとしているものについて説明していただけますか?
CUORE は、物理学におけるまれな事象を探します。これは、ニュートリノのない二重ベータ崩壊を探すために特別に設計されました。 このプロセスは、ニュートリノがそれ自体の反粒子である場合、つまりマヨラナ粒子である場合に発生すると予想されます。 ニュートリノがマヨラナ粒子であることが証明されれば、素粒子物理学の標準モデル内でニュートリノの質量が非常に小さい理由の謎が解決されるため、この質問に答えることが重要です。
同位体テルル130でニュートリノレス二重ベータ崩壊を検索します。これは、通常の二重ベータ崩壊が起こることが知られており、自然存在量が高いためです。 CUORE には 184 個の二酸化テルル結晶があり、大きなクライオスタット内で 10 mK 近くに保たれています。 クライオスタットは液体ヘリウムを使用せず、XNUMX つのパルス管冷凍機を備えています。
崩壊によって生じる結晶内のわずかな温度上昇を検出することで、ニュートリノレス二重ベータ崩壊を探すため、実験は非常に低温に保つ必要があります。 CUOREの前は、小さな実験的な体積と質量しか冷却できませんでしたが、ベース温度で最大1.5トンの材料を冷却することで、これを大幅に増やしました. CUORE のもう XNUMX つの利点は、実験が非常に優れたエネルギー分解能を持ち、非常に広いエネルギー範囲で動作することです。これは、崩壊イベントの特定に役立つはずです。
「トン年」のデータを取得するという CUORE の最近の成果の重要性は何ですか?
トン年とは、監視されている酸化テルルの質量に、実験でデータが収集された期間を掛けたものです。 質量は 741 kg で、データは 2017 年から 2020 年の間に行われた実行で取得されました。すべての実行で質量全体が使用されたわけではありませんが、全体で XNUMX トン年に相当するデータが収集されました。
これには XNUMX つの重要な側面があります。 まず、このような大きな塊がクライオスタットで冷却されたのはこれが初めてです。 第二に、非常に長い時間実験を行うことができたので、極低温熱量計がニュートリノレス二重ベータ崩壊を探す実行可能な方法であることを示しました。
このトン年分のデータは、あなたとあなたの同僚に何を教えてくれましたか?
はっきり言って、マヨラナ粒子は見つかっていません。 代わりに、ニュートリノのない二重ベータ崩壊の半減期の下限を設定することができました。 半減期が 2.2×10 より大きいことがわかりました。25 年。 半減期が短ければ、CUORE で少なくとも XNUMX つまたは複数のイベントが見られると予想されるため、これを結論付けることができます。
CUORE を使用して物理学の他の分野を探索できますか?
はい。 CUOREはレアイベントを探すように設計されているため、暗黒物質を探す可能性があります。 暗黒物質の粒子が CUORE の検出器材料と相互作用することはほとんどないと予想され、これには非常に少量のエネルギーの放出が含まれます。 したがって、暗黒物質の探索は、実験の大きな質量と長い実行時間の恩恵を受けるでしょう。 暗黒物質の探索には、検出器内の別のエネルギー領域の探索が含まれ、CUORE コラボレーション内の物理学者のグループがその可能性を検討しています。
CUORE の極低温マイルストーンは、量子コンピューティングに関係がありますか?
私は量子コンピューティングの専門家ではありませんが、一般に、量子情報を処理する固体デバイスには長い量子コヒーレンス時間が必要です。 熱と宇宙線の両方が量子コヒーレンス時間を短縮することがわかっています。 高度な極低温技術を使用して地下で実験を行うことで、これらの悪影響からの保護が提供されます。 CUOREの二酸化テルル結晶は量子コンピューティングには使用できませんが、非常に大きなクライオスタットとクリーンな材料を使用して地下でこれほど長い実験を達成したという事実は、量子技術の開発に非常に役立つ可能性があります.
CUOREコラボレーションの未来は？
CUORE は 2024 年まで実行され、粒子識別 (CUPID) を使用した CUORE アップグレードに既に取り組んでいます。 CUOREの現在の二酸化テルル結晶をモリブデン酸リチウム結晶に置き換えます。 ニュートリノレス二重ベータ崩壊で生成された粒子がモリブデン酸リチウムと相互作用すると、熱と光の両方が生成されます。 この光は熱とともに検出され、熱と光の比率により、ニュートリノレス二重ベータ崩壊によって生成されない粒子を含むバックグラウンドイベントを拒否できます。 実験の極低温構造もアップグレードされます。
