Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Логотип EURECA

Европейского Underground Rare Event калориметр Массив ( Эврика ) является плановым темной материей поиска эксперимента с использованием криогенных детекторов и поглощающей массы до 1 тонны. Проект будет построен в подземной лаборатории Modane Underground и соберет вместе исследователей, работающих над экспериментами CRESST и EDELWEISS . [1] [2]

EURECA заняла видное место в дорожной карте ASPERA по экспериментам по астрономической физике в Европе. [3]

Темная материя [ править ]

Основная статья: Темная материя

Темная материя - одна из значительных нерешенных проблем современной науки. В астрономии и космологии имеется немало свидетельств того, что значительная часть массы Вселенной и галактик состоит из несветящегося материала. Природа темной материи в настоящее время неизвестна. Однако популярная гипотеза состоит в том, что он состоит из слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP), частиц с большой массой, но которые взаимодействуют только с обычной материей через слабое ядерное взаимодействие., поэтому большинство людей, проходящих через Землю, не попадают ни в один атом. Целью экспериментов по поиску темной материи, таких как EURECA, является проверка этой гипотезы путем поиска взаимодействий с темной материей WIMP. Существование вимпов предсказывается теорией суперсимметрии , которая предсказывает широкий диапазон сечений рассеяния вплоть до 10 -10 пб, что соответствует скорости взаимодействия ~ 1 событие в год в детекторе на 1 тонну. [4] Существующие эксперименты, такие как CRESST и EDELWEISS , уже исключили более высокие уровни взаимодействия, но EURECA будет искать до этого нижнего предела.

Поиски криогенной темной материи [ править ]

В экспериментах с криогенной темной материей используются детекторы частиц, работающие при милликельвиновых температурах, для поиска упругого рассеяния вимпов атомных ядер. Взаимодействие частиц внутри кристалла-поглотителя создаст большое количество фононов , которые термализуются внутри термометра на поверхности кристалла, который регистрирует повышение температуры. Такие криогенные детекторы используются, поскольку они сочетают в себе высокую чувствительность с низким энергетическим порогом и отличным разрешением.

Эксперименты с темной материей проводятся в глубоких подземных лабораториях и используют обширную защиту для снижения уровня фонового излучения от космических лучей . Ранние эксперименты были ограничены оставшимся фоном из-за радиоактивных примесей вблизи детекторов. Поэтому на втором этапе CRESST и EDELWEISS использовались новые детекторы, способные отличать события отдачи электронов от отдачи ядер. Электронная отдача вызывается альфа- , бета- и гамма- частицами, на которые приходится подавляющее большинство фоновых событий. WIMP (а также нейтроны) производят ядерную отдачу. Это делается путем измерения дополнительного сигнала, который для отдачи электронов намного выше, чем отдачи ядер. Детекторы CRESST измеряютсцинтилляционный свет, производимый в кристалле-поглотителе CaWO 4 или ZnWO 4 . Детекторы EDELWEISS измеряют ионизацию, возникающую в полупроводниковом кристалле германия .

EURECA [ править ]

EURECA будет развивать эту технологию криогенных детекторов, впервые разработанную CRESST и EDELWEISS, путем создания поглотителя массой в 1 тонну, состоящего из большого количества модулей криогенных детекторов. В эксперименте планируется использовать ряд детекторных материалов. Это дает возможность показать, вызван ли положительный сигнал темной материей, поскольку ожидается, что частота событий будет масштабироваться с атомной массой ядер-мишеней. Тогда как частота событий от нейтронов будет выше для более легких ядер.

В коллаборацию EURECA входят институты-участники экспериментов CRESST , EDELWEISS и ROSEBUD с темной материей, а также некоторые новые участники. Это:

Представитель сотрудничества - Жиль Жербье. Эксперимент будет построен в подземной лаборатории Modane , в автодорожном туннеле Фрежюс между Францией и Италией, в самой глубокой подземной лаборатории в Европе.

НИОКР [ править ]

Исследователи EURECA в настоящее время занимаются сбором и анализом данных для CRESST и EDELWEISS. Кроме того, ведутся различные исследования и разработки, связанные с расширением технологии детекторов до 1 тонны. К ним относятся:

  • Криогеника : EURECA потребует, чтобы масса в одну тонну была охлаждена до температуры милликельвина. Это будет сделано с использованием крупномасштабной криогенной технологии, которая используется для охлаждения экспериментов с гравитационными волнами и 27-километрового ускорительного кольца LHC .
  • Сцинтилляторы : проводятся исследования по разработке крупных кристаллов радиочистых поглотителей с хорошими сцинтилляционными свойствами при низких температурах. [5]
  • Считывание детектора: EURECA потребуется аппаратное и программное обеспечение для считывания сигналов с 1000+ каналов детектора.

См. Также [ править ]

  • Темная материя
  • Слабо взаимодействующая массивная частица
  • ЭДЕЛЬВЕЙС
  • КРЕСТ

Ссылки [ править ]

  1. ^ H. Kraus et al. (2006) «EURECA - европейское будущее поисков криогенной темной материи» Journal of Physics: Conference Series 39 139-141. DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 39/1/031 .
  2. ^ H. Kraus et al. (2007) «EURECA - Европейское будущее поисков темной материи с помощью криогенных детекторов» Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 173 168-171 doi : 10.1016 / j.nuclphysbps.2007.08.043 .
  3. ^ Астрочастиц физики, Европейская стратегия архивации 2011-07-21 в Wayback Machine (ASPERA Дорожная карта).
  4. ^ Р. Тротта, Р. Руис де Аустри и Л. Рошковски, (2007) «Перспективы прямого обнаружения темной материи в ограниченном MSSM» New Astronomy Reviews 51 316 doi : 10.1016 / j.newar.2006.11.059
  5. ^ Труды 1-го международного семинара «Радиочистые сцинтилляторы для EURECA» (RPScint'2008) arxiv: 0903.1539

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница EURECA Collaboration
  • АСПЕРА: Европейская сеть по физике частиц