นักฟิสิกส์ ลอร่า มารินี่ เป็นผู้ประสานงานและผู้จัดการไซต์ของ Cryogenic Underground Observatory for Rare Events (CUORE) ดำเนินการโดยความร่วมมือระหว่างประเทศ การทดลองนี้ตั้งอยู่ลึกลงไปใต้ภูเขาในแคว้น Abruzzo ของอิตาลี ณ ห้องทดลองแห่งชาติ Gran Sasso ของสถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งชาติ Marini สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเจนัวในปี 2018 จากนั้นจึงทำ postdoc ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ เธอเริ่มทำงานกับ CUORE ระหว่างเรียนปริญญาเอก และปัจจุบันเธอเป็นพันธมิตรกับ Gran Sasso Science Institute และห้องปฏิบัติการ Gran Sasso ของอิตาลี Marini พูดคุยกับ Richard Blaustein เกี่ยวกับบทบาทของเธอที่ CUORE และความสำเร็จครั้งล่าสุดของการทดลองในการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องว่านิวตริโนเป็นอนุภาคของ Majorana หรือไม่
คุณช่วยอธิบายบทบาทคู่ของคุณที่ CUORE ได้ไหม?
ตอนนี้ ฉันเป็นผู้ประสานงานสำหรับการทดสอบปัจจุบันและผู้จัดการไซต์ของ CUORE ในฐานะผู้ประสานงานการดำเนินการ ฉันต้องแน่ใจว่าการทดสอบดำเนินต่อไปโดยไม่หยุด นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากเรากำลังมองหาเหตุการณ์ที่หายากมาก ดังนั้นเราจึงต้องการใช้ข้อมูลให้นานที่สุดเท่าที่จะทำได้โดยไม่หยุด ฉันทำงานทั้งในส่วนการแช่แข็งของการทดลองและส่วนการรวบรวมข้อมูล ฉันยังพยายามลดระดับเสียงรบกวนในพื้นหลังให้น้อยที่สุดในการทดสอบ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเช่นกันเมื่อมองหาเหตุการณ์ที่หายาก
บทบาทผู้จัดการไซต์ของฉันกว้างกว่าผู้ประสานงานเล็กน้อย ฉันจัดการอินเทอร์เฟซระหว่างการทดลองกับห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Gran Sasso ประสานงานกิจกรรมนอกสถานที่ และจัดระเบียบการบำรุงรักษาระบบและระบบย่อยทั้งหมด
คุณสามารถอธิบาย CUORE และสิ่งที่ต้องการวัดได้หรือไม่?
CUORE มองหาเหตุการณ์ที่หายากในฟิสิกส์และได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อค้นหาการสลายตัวของนิวตริโนเลสแบบดับเบิ้ลเบตา คาดว่ากระบวนการนี้จะเกิดขึ้นหากนิวตริโนเป็นอนุภาคต่อต้านของมันเอง นั่นคือหากเป็นอนุภาคมาจอรานา การตอบคำถามนี้มีความสำคัญเพราะหากพิสูจน์ว่านิวตริโนเป็นอนุภาคมาจอนา ความลึกลับของสาเหตุที่มวลนิวตริโนมีขนาดเล็กมากภายในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาคจะได้รับการไข
เราค้นหาการสลายตัวแบบดับเบิ้ลเบตาแบบนิวตริโนในไอโซโทปเทลลูเรียม-130 เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่ามีการสลายตัวแบบดับเบิ้ลเบตาธรรมดาและมีความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติสูง CUORE มีผลึกเทลลูเรียมไดออกไซด์ 184 ก้อนที่เก็บไว้ใกล้ 10 mK ภายในเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่ เครื่องแช่แข็งไม่ได้ใช้ฮีเลียมเหลว แต่มีเครื่องทำความเย็นแบบท่อพัลส์ห้าเครื่อง
การทดลองต้องเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำมาก เนื่องจากเราค้นหาการสลายตัวของนิวตริโนเลสแบบดับเบิ้ลเบตาโดยการตรวจจับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยภายในผลึกที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสลายตัว ก่อน CUORE อาจมีปริมาตรและมวลทดลองเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่สามารถทำให้เย็นลงได้ แต่เราได้เพิ่มปริมาณนี้อย่างมหาศาลโดยการทำให้วัสดุเย็นลงถึง 1.5 ตันที่อุณหภูมิฐาน ข้อดีอีกประการของ CUORE คือการทดลองมีความละเอียดของพลังงานที่ดีมากและทำงานในช่วงพลังงานที่กว้างมาก ซึ่งจะช่วยให้สามารถระบุเหตุการณ์การสลายตัวได้
อะไรคือนัยสำคัญของความสำเร็จล่าสุดของ CUORE ในการได้รับข้อมูล “ตันต่อปี”?
ตันต่อปีหมายถึงมวลของเทลลูเรียมออกไซด์ที่ถูกตรวจสอบคูณด้วยระยะเวลาที่การทดลองรวบรวมข้อมูล มวลคือ 741 กก. และได้รับข้อมูลในการวิ่งที่ทำระหว่างปี 2017 ถึง 2020 ไม่ใช่ทุกการวิ่งที่เกี่ยวข้องกับการใช้มวลทั้งหมด แต่รวมข้อมูลทั้งหมดมูลค่าหนึ่งตันต่อปีถูกรวบรวม
มีสองประเด็นสำคัญในเรื่องนี้ ประการแรก นี่เป็นครั้งแรกที่มวลจำนวนมากถูกทำให้เย็นลงในเครื่องทำความเย็น ประการที่สอง เนื่องจากเราสามารถทำการทดลองได้เป็นเวลานาน เราจึงได้แสดงให้เห็นว่าเครื่องวัดความร้อนด้วยความเย็นเป็นวิธีที่ใช้ได้ผลในการค้นหาการสลายตัวของนิวตริโนแบบดับเบิ้ลเบตา
ข้อมูลจำนวนตันต่อปีนี้บอกอะไรคุณและเพื่อนร่วมงานของคุณบ้าง?
เพื่อให้ชัดเจน เราไม่พบอนุภาคมาจอรานา ในทางกลับกัน เราสามารถตั้งค่าขีดจำกัดที่ต่ำกว่าสำหรับครึ่งชีวิตของการสลายตัวแบบนิวตริโนเลสแบบดับเบิ้ลบีตาได้ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าครึ่งชีวิตมีค่ามากกว่า 2.2×1025 ปี. เราสามารถสรุปสิ่งนี้ได้เพราะหากครึ่งชีวิตสั้นลง เราคาดว่าจะเห็นเหตุการณ์อย่างน้อยหนึ่งเหตุการณ์ใน CUORE
สามารถใช้ CUORE เพื่อสำรวจพื้นที่อื่น ๆ ของฟิสิกส์ได้หรือไม่?
ใช่. CUORE ได้รับการออกแบบมาเพื่อค้นหาเหตุการณ์ที่หายาก ดังนั้นจึงมีศักยภาพในการค้นหาสสารมืด คาดว่าอนุภาคของสสารมืดจะทำปฏิกิริยากับวัสดุตรวจจับของ CUORE น้อยมาก และจะเกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยพลังงานจำนวนน้อยมาก ดังนั้น การค้นหาสสารมืดจะได้ประโยชน์จากมวลที่มากของการทดลองและระยะเวลาดำเนินการที่ยาวนาน การค้นหาสสารมืดจะเกี่ยวข้องกับการสำรวจบริเวณพลังงานอื่นในเครื่องตรวจจับ และมีกลุ่มนักฟิสิกส์ในความร่วมมือของ CUORE ที่กำลังมองหาความเป็นไปได้ดังกล่าว
ก้าวสำคัญของการแช่แข็งของ CUORE มีผลต่อการคำนวณด้วยควอนตัมหรือไม่?
ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในการคำนวณควอนตัม แต่โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์โซลิดสเตตที่ประมวลผลข้อมูลควอนตัมต้องใช้เวลาเชื่อมโยงกันของควอนตัมนาน เราทราบดีว่าทั้งความร้อนและการแผ่รังสีคอสโมจีนิกช่วยลดเวลาในการเชื่อมโยงกันของควอนตัม การดำเนินการทดลองใต้ดินด้วยไครโอเจนิกส์ขั้นสูงช่วยป้องกันผลกระทบด้านลบเหล่านี้ แม้ว่าคริสตัลเทลลูเรียมไดออกไซด์ของ CUORE จะไม่สามารถใช้สำหรับการคำนวณแบบควอนตัมได้ แต่ข้อเท็จจริงที่ว่าเราประสบความสำเร็จในการทดลองที่ยาวนานเช่นนี้ใต้ดินด้วยเครื่องทำความเย็นขนาดใหญ่มากและด้วยวัสดุที่สะอาดอาจเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัม
อนาคตของการทำงานร่วมกันของ CUORE จะเป็นอย่างไร
CUORE จะทำงานจนถึงปี 2024 และเรากำลังดำเนินการอัปเกรด CUORE ด้วย Particle Identification หรือ CUPID เราจะแทนที่คริสตัลเทลลูเรียมไดออกไซด์ในปัจจุบันของ CUORE ด้วยคริสตัลลิเธียมโมลิบเดต เมื่ออนุภาคที่เกิดจากการสลายตัวของนิวตริโนเลสแบบดับเบิ้ลบีตาทำปฏิกิริยากับลิเธียมโมลิบเดต พวกมันจะสร้างทั้งความร้อนและแสง แสงนี้จะถูกตรวจจับพร้อมกับความร้อน และอัตราส่วนของความร้อนต่อแสงจะช่วยให้เราสามารถปฏิเสธเหตุการณ์เบื้องหลังที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่ไม่ได้เกิดจากการสลายตัวแบบนิวตริโนเลสแบบดับเบิ้ลเบตา โครงสร้างการแช่แข็งของการทดลองจะได้รับการอัพเกรดด้วย
