ArDM - ArDM
ARDM ( Аргон темной материя ) Эксперимент является физикой элементарных частиц эксперимента на основе жидкого аргона детектор, направленный на измерение сигналов от WIMPs (слабовзаимодействующие массивные частицы), которые , вероятно , составляющие темной материя во вселенной. Упругое рассеяние WIMP на ядрах аргона можно измерить, наблюдая свободные электроны от ионизации и фотоны от сцинтилляции , которые создаются ядром отдачи, взаимодействующим с соседними атомами. Сигналы ионизации и сцинтилляции могут быть измерены с помощью специальных методов считывания, которые составляют основную часть детектора.
Чтобы получить достаточно высокую целевую массу, в качестве материала мишени в жидкой фазе используется благородный газ аргон. Поскольку температура кипения аргона составляет 87 К при нормальном давлении, для работы детектора требуется криогенная система .
Экспериментальные цели
Детектор ArDM предназначен для прямого обнаружения сигналов от WIMP посредством упругого рассеяния на ядрах аргона. Во время рассеяния определенная энергия отдачи - обычно от 1 кэВ до 100 кэВ - передается от WIMP ядру аргона.
Неизвестно, как часто можно ожидать сигнал от взаимодействия WIMP-аргон. Эта скорость зависит от базовой модели, описывающей свойства WIMP. Одним из самых популярных кандидатов на роль WIMP является легчайшая суперсимметричная частица (LSP) или нейтралино из суперсимметричных теорий . Его поперечное сечение с нуклонами предположительно находится между 10 -12 пбн и 10 -6 пбн, что делает взаимодействие вимпов с нуклонами редким явлением. Общая частота событий может быть увеличена за счет оптимизации целевых свойств, таких как увеличение целевой массы. Планируется, что детектор ArDM будет содержать примерно одну тонну жидкого аргона. Эта целевая масса соответствует частоте событий приблизительно 100 событий в день при поперечном сечении 10 −6 pb или 0,01 события в день при 10 −10 pb.
Частота небольших событий требует мощного подавления фона. Важным фоном является присутствие нестабильного изотопа 39 Ar в природном аргоне, сжиженном из атмосферы. 39 Ar подвергается бета-распаду с периодом полураспада 269 лет и конечной точкой бета-спектра 565 кэВ. Отношение ионизации к сцинтилляции от электронного и гамма-взаимодействий отличается от того, которое дает рассеяние WIMP. Таким образом, фон 39 Ar хорошо различим с точным определением отношения ионизация / сцинтилляция. В качестве альтернативы рассматривается использование обедненного аргона из подземных скважин.
Нейтроны, испускаемые компонентами детектора и материалами, окружающими детектор, взаимодействуют с аргоном так же, как WIMP. Таким образом, нейтронный фон практически неразличим и должен быть уменьшен как можно лучше, например, путем тщательного выбора материалов детектора. Кроме того, необходима оценка или измерение оставшегося нейтронного потока.
Детектор планируется разместить под землей, чтобы избежать фонов, вызванных космическими лучами .
Статус строительства
Детектор ArDM был собран и испытан в ЦЕРНе в 2006 году. Наземные исследования оборудования и характеристик детектора были выполнены перед его перемещением под землю в 2012 году в подземной лаборатории Канфранка в Испании. Он был залит, сдан в эксплуатацию и испытан при комнатной температуре. Во время пробега под землей в апреле 2013 года светоотдача была улучшена по сравнению с условиями на поверхности.
Планируются будущие эксперименты с холодным аргоном, а также дальнейшая разработка детекторов. Результаты производства жидкого аргона запланированы на 2014 год.
Помимо версии на одну тонну, размер детектора может быть увеличен без принципиального изменения его технологии. Детектор жидкого аргона весом в десять тонн - это мыслимая возможность расширения для ArDM. Текущие эксперименты по обнаружению темной материи в масштабе от 1 до 100 кг с отрицательными результатами демонстрируют необходимость экспериментов в тонном масштабе.
Результаты и дальнейшие направления
.png)
Несмотря на изучение изначально «темной» материи, будущее детекторов темной материи кажется светлым. «Программа темной стороны» - это консорциум, который проводил и продолжает разрабатывать новые эксперименты, основанные на жидком конденсированном атмосферном аргоне (LAr) вместо ксенона. В одном из недавних устройств Темной стороны, Dark Side-50 (DS-50), используется метод, известный как «временные проекционные камеры с двухфазным жидким аргоном (LAr TPC)», который позволяет трехмерное определение положений событий столкновения, созданных electrolumnescence создается за счет столкновений аргона с частицами темной материи. Программа «Темная сторона» опубликовала свои первые результаты в 2015 году, которые пока являются наиболее чувствительными результатами для обнаружения темной материи на основе аргона. Методы на основе LAr, используемые для будущих устройств, представляют собой альтернативу детекторам на основе ксенона и потенциально могут привести к появлению новых, более чувствительных многотонных детекторов в ближайшем будущем.