Европейская подземная калориметрическая установка для редких событий

Европейская подземная калориметрическая установка редких событий ( ЭВРИКА ) — это запланированный темной материи эксперимент по поиску с использованием криогенных детекторов и поглотителя массой до 1 тонны. Проект будет построен в подземной лаборатории Модана и объединит исследователей, работающих над экспериментами CRESST и EDELWEISS . ^[1]^[2]

ЭВРИКА заняла видное место в дорожной карте ASPERA экспериментов по физике астрочастиц в Европе. ^[3]

Темная материя

Темная материя — одна из значительных нерешенных проблем современной науки. Существуют убедительные доказательства из астрономии и космологии о том, 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 она состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMP), частиц с большой массой, но которые взаимодействуют с обычной материей только посредством слабого ядерного взаимодействия , поэтому большинство из них, проходящих через Землю, не сталкиваются ни с одним атомом. . Целью экспериментов по поиску темной материи, таких как EURECA, является проверка этой гипотезы путем поиска взаимодействий WIMP с темной материей. Существование вимпов предсказывается теорией суперсимметрии , которая предсказывает широкий диапазон сечений рассеяния вплоть до 10 ⁻¹⁰pb, что соответствует скорости взаимодействия ~ 1 событие в год в детекторе массой 1 тонна. ^[4] Существующие эксперименты, такие как CRESST и EDELWEISS, уже исключили более высокие уровни взаимодействия, но EURECA будет искать этот нижний предел.

Криогенные поиски темной материи

В экспериментах с криогенной темной материей используются детекторы частиц, работающие при температурах милликельвина, 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 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 ядерных отдач. Отдача электронов производится альфа- , бета- и гамма- частицами, на которые приходится подавляющее большинство фоновых событий. Вимпы (а также нейтроны) производят ядерную отдачу. Это делается путем измерения дополнительного сигнала, который для электронной отдачи намного выше, чем для ядерной отдачи. Детекторы CRESST измеряют сцинтилляционный свет, создаваемый кристаллом-поглотителем CaWO ₄ или ZnWO ₄ . Детекторы ЭДЕЛЬВЕЙС измеряют ионизацию , возникающую в полупроводниковом кристалле германия .

ЭВРИКА

EURECA будет развивать эту технологию криогенных детекторов, впервые разработанную компаниями CRESST и EDELWEISS, создавая 1-тонную поглотительную массу, состоящую 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 зависеть от атомной массы ядер-мишени. Тогда как частота событий от нейтронов будет выше для более легких ядер.

В сотрудничество ЭВРИКА входят организации-члены экспериментов с темной материей CRESST , EDELWEISS и ROSEBUD , а также некоторые новые участники. Это:

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

НИОКР

Исследователи ЭВРИКА в настоящее время участвуют в сборе и анализе данных для CRESST и EDELWEISS. Кроме того, проводятся различные исследования и разработки, связанные с масштабированием детекторной технологии до 1-тонного веса. К ним относятся:

Криогеника : ЭВРИКА потребуется охладить массу в одну тонну до температуры милликельвина. Это будет сделано с использованием крупномасштабной криогенной технологии, которая используется для охлаждения гравитационно-волновых экспериментов и 27-километрового ускорительного кольца БАК .
Сцинтилляторы : проводятся исследования по разработке крупных радиочистых кристаллов-поглотителей с хорошими сцинтилляционными свойствами при низких температурах. ^[5]
Считывание детекторов: EURECA потребуется аппаратное и программное обеспечение для считывания сигналов с более чем 1000 каналов детекторов.

См. также

Ссылки

^ Х. Краус и др. (2006) «ЭВРИКА – европейское будущее поисков криогенной темной материи» Журнал физики: серия конференций 39 139-141. дои : 10.1088/1742-6596/39/1/031 .
^ Х. Краус и др. (2007) «ЭВРИКА – европейское будущее поисков темной материи с помощью криогенных детекторов». Ядерная физика B (Приложение к материалам) 173 168-171 doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2007.08.043 .
^ Физика астрочастиц, Европейская стратегия. Архивировано 21 июля 2011 г. в Wayback Machine (дорожная карта ASPERA).
^ Р. Тротта, Р. Руис де Аустри и Л. Рошковски, (2007) «Перспективы прямого обнаружения темной материи в ограниченном MSSM» New Astronomy Reviews 51 316 дои : 10.1016/j.newar.2006.11.059
^ Материалы 1-го международного семинара «Радиочистые сцинтилляторы для Европы» (RPScint'2008) arxiv:0903.1539

Внешние ссылки

[1] Х. Краус и др. (2006) «ЭВРИКА – европейское будущее поисков криогенной темной материи» Журнал физики: серия конференций 39 139-141. дои : 10.1088/1742-6596/39/1/031 .

[2] Х. Краус и др. (2007) «ЭВРИКА – европейское будущее поисков темной материи с помощью криогенных детекторов». Ядерная физика B (Приложение к материалам) 173 168-171 doi : 10.1016/j.nuclphysbps.2007.08.043 .

[3] Физика астрочастиц, Европейская стратегия. Архивировано 21 июля 2011 г. в Wayback Machine (дорожная карта ASPERA).

[4] Р. Тротта, Р. Руис де Аустри и Л. Рошковски, (2007) «Перспективы прямого обнаружения темной материи в ограниченном MSSM» New Astronomy Reviews 51 316 дои : 10.1016/j.newar.2006.11.059

[5] Материалы 1-го международного семинара «Радиочистые сцинтилляторы для Европы» (RPScint'2008) arxiv:0903.1539

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]