El proyecto MAJORANA (denominado Majorana ) es un esfuerzo internacional para buscar desintegración doble beta (0νββ) sin neutrinos en 76 Ge . El proyecto se basa en el trabajo de experimentos anteriores, en particular los realizados por las colaboraciones Heidelberg-Moscú [1] e IGEX [2] , que utilizaron detectores de germanio de alta pureza (HPGe) para estudiar la desintegración doble beta sin neutrinos. [3]
La primera etapa del proyecto es el Demostrador Majorana ( MJD ), diseñado para demostrar la técnica y evaluar un experimento a escala de toneladas.
Se están implementando criostatos que albergan hasta 40 kg de detectores de germanio natural y enriquecido en criostatos de vacío de fondo bajo, bajo tierra (1.480 m) en el Laboratorio Subterráneo de Sanford en Lead, Dakota del Sur . Después del demostrador, la colaboración pretende fusionarse con la colaboración GERDA para construir un experimento mucho más grande llamado LEGEND, ver [1].
El objetivo del proyecto es buscar la desintegración de 0νββ en 76 Ge utilizando detectores HPGe. La observación de 0νββ establecería que el neutrino es una partícula de Majorana y demostraría una violación de la conservación del número de leptones , validando el mecanismo de balancín como explicación de la escala de masa del neutrino. También impondría restricciones a la masa absoluta de neutrinos.
El objetivo principal del demostrador Majorana es demostrar la viabilidad de lograr el fondo requerido en un experimento a escala de toneladas. Esto corresponde a 4 recuentos/tonelada/año en una ventana de 4 keV alrededor del valor Q de 0νββ de 2039 keV, que aumenta a 1 recuento/tonelada/año en un experimento a escala de toneladas. El experimento utilizará una mezcla de detectores fabricados con germanio natural y germanio enriquecido, lo que permitirá confirmar o refutar la controvertida afirmación de la observación de 0νββ en 76 Ge por parte de Klapdor-Kleingrothaus et al. (Experimento de Heidelberg-Moscú). [4] Si se logra un ruido electrónico lo suficientemente bajo, el demostrador también puede realizar una búsqueda de WIMP y axiones.
El Demostrador Majorana se desarrollará en tres fases. Se está poniendo en funcionamiento un prototipo de criostato que contiene tres hilos de germanio no enriquecido. Están previstos dos criostatos de fondo bajo con detectores enriquecidos, con un total de 40 kg de germanio.
Los ladrillos de cobre y plomo electroformados protegen los criostatos. El polietileno protege el sistema e incluye PMT para que actúen como veto. El lavado con nitrógeno elimina los rastros de radón.
Se utilizan detectores de germanio de contacto puntual (PPC) tipo P. [5] [6] Se eligió este estilo de detector por muchas razones, pero principalmente porque los detectores PPC permiten una discriminación eficiente de fondos gamma de dispersión múltiple. Esto se debe a que el potencial de ponderación alcanza un fuerte pico cerca del electrodo pequeño, lo que significa que a medida que la carga se desplaza hacia el electrodo, existe una alta probabilidad de ver señales distintas de cada deposición de energía, pudiendo así rechazar eventos de estas señales. Otras ventajas incluyen la baja capacitancia debido a los pequeños contactos, lo que reduce el ruido electrónico y los umbrales; y la superficie de protección alfa decae por el grueso contacto exterior tipo n.
En diciembre de 2014, el demostrador Majorana estaba en construcción en el laboratorio subterráneo de Sanford en Lead, Dakota del Sur. Se esperaba que el primer módulo estuviera a principios de 2015 y se espera que esté en pleno funcionamiento a finales de 2015. [7]
MALBEK funcionó en 2011-2012 en KURF (Instalación de investigación subterránea de Kimballton) en Virginia como detector WIMP para evaluar los PPC de energía amplia (BEGe). Se exploraron los antecedentes y el comportamiento de los contactos. No se vio ninguna señal y el proyecto podría ser una búsqueda competitiva de WIMP de baja masa. [8]
La recopilación de datos comenzó en junio de 2015. La construcción se completó con la configuración final tomando datos desde la primavera de 2017. Los primeros resultados se anunciaron en octubre de 2017. La recopilación de datos continuó a partir de 2018. [9]
El 3 de marzo de 2021, el demostrador Majorana dejó de funcionar con detectores de germanio enriquecido, en preparación para el experimento LEGEND. Los detectores de germanio enriquecido operaron desde junio de 2015 en las instalaciones de investigación subterránea de Sanford en Dakota del Sur . En marzo de 2021, los detectores de germanio enriquecido se retiraron del aparato experimental y se enviaron a LNGS en Italia para su uso en el experimento LEGEND-200. Sin embargo, el aparato experimental del demostrador Majorana sigue operativo y está previsto que continúe funcionando después de marzo de 2021 utilizando detectores de germanio hechos de germanio natural (no enriquecido) (es decir, solo los detectores de germanio enriquecido dejaron de funcionar y fueron retirados del demostrador Majorana en marzo de 2021). ). [10]
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