물리 학자 로라 마리니 CUORE(Cryogenic Underground Observatory for Rare Events)의 코디네이터이자 현장 관리자를 맡고 있습니다. 국제 협력에 의해 운영되는 이 실험은 국립 핵물리학 연구소의 Gran Sasso 국립 연구소에서 이탈리아 Abruzzo 지역의 깊은 산 아래에 위치하고 있습니다. 마리니는 2018년에 제노바 대학교에서 물리학 박사 학위를 받은 후 버클리 캘리포니아 대학교에서 박사후 과정을 밟았습니다. 그녀는 박사 과정 동안 CUORE에서 일하기 시작했으며 현재 이탈리아의 Gran Sasso Science Institute 및 Gran Sasso 연구소와 제휴하고 있습니다. Marini는 Richard Blaustein에게 CUORE에서의 역할과 중성미자가 Majorana 입자인지 여부에 대한 지속적인 조사에서 실험의 최근 이정표에 대해 이야기했습니다.
CUORE에서의 이중 역할에 대해 설명해 주시겠습니까?
현재 저는 이 현재 실험의 코디네이터이자 CUORE의 현장 관리자입니다. 실행 코디네이터로서 저는 실험이 멈추지 않고 계속 실행되도록 합니다. 이것은 매우 드문 이벤트를 찾고 있으므로 멈추지 않고 가능한 한 오랫동안 데이터를 가져오고 싶기 때문에 중요합니다. 실험의 극저온 부분과 데이터 수집 부분을 모두 담당하고 있습니다. 또한 실험에서 배경 소음 수준을 최소화하는 작업도 합니다. 이는 드문 이벤트를 찾을 때도 중요합니다.
내 사이트 관리자 역할은 실행 코디네이터보다 약간 더 광범위합니다. 저는 실험과 Gran Sasso 국립 연구소 간의 인터페이스를 처리하고 현장 활동을 조정하며 모든 시스템과 하위 시스템의 유지 관리를 구성합니다.
CUORE와 그것이 측정하고자 하는 것이 무엇인지 설명할 수 있습니까?
CUORE는 물리학에서 드문 사건을 찾고 중성미자 없는 이중 베타 붕괴를 찾기 위해 특별히 설계되었습니다. 이 과정은 중성미자가 자체 반입자인 경우, 즉 Majorana 입자인 경우 발생할 것으로 예상됩니다. 이 질문에 답하는 것은 중성미자가 Majorana 입자로 입증되면 입자 물리학의 표준 모델 내에서 중성미자 질량이 왜 그렇게 작은지에 대한 수수께끼가 풀릴 것이기 때문에 중요합니다.
동위원소 텔루륨-130은 일반적인 이중베타붕괴를 겪는 것으로 알려져 있고 자연적으로 풍부하기 때문에 중성미자 없는 이중베타붕괴를 찾는다. CUORE에는 대형 저온 유지 장치 내부에 184mK 근처에 보관되는 10개의 텔루르 이산화물 결정이 있습니다. 저온 유지 장치는 액체 헬륨을 사용하지 않고 XNUMX개의 펄스 튜브 저온 냉각기를 사용합니다.
붕괴로 인해 발생하는 결정 내부의 미세한 온도 상승을 감지하여 중성미자 없는 이중 베타 붕괴를 찾기 때문에 실험은 매우 낮은 온도에서 유지되어야 합니다. CUORE 이전에는 작은 실험 부피와 질량만 냉각할 수 있었지만 기본 온도에서 최대 1.5톤의 재료를 냉각하여 이를 엄청나게 늘렸습니다. CUORE의 또 다른 장점은 실험의 에너지 분해능이 매우 우수하고 매우 넓은 에너지 범위에서 작동한다는 것입니다. 이는 붕괴 이벤트를 식별하는 데 도움이 됩니다.
CUORE의 최근 "톤-년" 데이터 획득 성과의 의미는 무엇입니까?
톤-년은 모니터링되는 산화 텔루륨의 질량에 실험에서 데이터를 수집한 시간을 곱한 값을 나타냅니다. 질량은 741kg이며 데이터는 2017년에서 2020년 사이에 수행된 실행에서 수집되었습니다. 모든 실행에서 전체 질량을 사용하는 것은 아니지만 모두 함께 XNUMX톤-년에 해당하는 데이터가 수집되었습니다.
여기에는 두 가지 중요한 측면이 있습니다. 첫째, 이렇게 큰 덩어리가 저온 유지 장치에서 냉각된 것은 이번이 처음입니다. 둘째, 오랜 시간 동안 실험을 수행할 수 있었기 때문에 극저온 열량계가 중성미자 없는 이중 베타 붕괴를 검색하는 실행 가능한 방법임을 보여주었습니다.
이 XNUMX톤의 데이터가 당신과 당신의 동료들에게 무엇을 알려 주었습니까?
명확하게 말하면 우리는 Majorana 입자를 발견하지 못했습니다. 대신, 우리는 중성미자 없는 이중 베타 붕괴의 반감기에 대한 하한을 설정할 수 있었습니다. 우리는 이제 반감기가 2.2×10보다 크다는 것을 알고 있습니다.25 연령. 반감기가 더 짧았다면 CUORE에서 적어도 하나 이상의 이벤트를 볼 것으로 예상했을 것이기 때문에 이렇게 결론을 내릴 수 있습니다.
CUORE를 사용하여 물리학의 다른 영역을 탐색할 수 있습니까?
예. CUORE는 희귀 사건을 검색하도록 설계되었으므로 암흑 물질을 찾을 가능성이 있습니다. 암흑 물질 입자는 CUORE의 탐지기 재료와 매우 드물게 상호 작용할 것으로 예상되며 여기에는 매우 적은 양의 에너지 방출이 포함됩니다. 따라서 암흑 물질에 대한 검색은 실험의 큰 질량과 장기 실행 시간의 이점을 누릴 수 있습니다. 암흑 물질 탐색은 탐지기의 다른 에너지 영역을 탐색하는 것과 관련이 있으며 CUORE 협력 내에서 그 가능성을 보고 있는 물리학자 그룹이 있습니다.
CUORE의 극저온 이정표는 양자 컴퓨팅과 관련이 있습니까?
저는 양자 컴퓨팅 전문가는 아니지만 일반적으로 양자 정보를 처리하는 솔리드 스테이트 장치는 긴 양자 일관성 시간을 필요로 합니다. 우리는 열과 우주 발생 복사 모두 양자 결맞음 시간을 감소시킨다는 것을 알고 있습니다. 첨단 극저온으로 지하에서 실험을 진행하면 이러한 부정적인 영향으로부터 보호받을 수 있습니다. CUORE의 이산화 텔루륨 결정은 양자 컴퓨팅에 사용할 수 없지만, 매우 큰 저온 유지 장치와 깨끗한 재료를 사용하여 지하에서 장기간 실험을 수행했다는 사실은 잠재적으로 양자 기술 개발에 매우 유용할 수 있습니다.
CUORE 협업의 미래는 어떻게 될까요?
CUORE는 2024년까지 운영될 예정이며 우리는 이미 입자 식별(CUPID)을 통한 CUORE 업그레이드 작업을 진행하고 있습니다. 우리는 CUORE의 현재 이산화텔루르 결정을 리튬 몰리브데이트 결정으로 교체할 것입니다. 중성미자 없는 이중 베타 붕괴에서 생성된 입자가 몰리브덴산 리튬과 상호 작용하면 열과 빛을 모두 생성합니다. 이 빛은 열과 함께 감지되며 열 대 빛의 비율을 통해 중성미자 없는 이중 베타 붕괴에 의해 생성되지 않는 입자와 관련된 배경 이벤트를 거부할 수 있습니다. 실험의 극저온 구조도 업그레이드됩니다.
