Поиски частиц темной материи
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
нт на глубине 2450 метров водного эквивалента (м.) в подземной лаборатории Канфранк, расположенной в испанских Пиренеях. Детектор, окруженный свинцовой защитой, содержал 2 кг чистого изотопа германия 76Ge. Счет событий в эксперименте составил 0,1 кэВ-1 кг-1 сут-1, что находится на уровне расчетного фона.
HDMS (Heidelberg Dark Matter Search) [1] - эксперимент в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, на глубине 3400 м. в. э., в котором использовалось два кристалла 73Ge (один помещался в другой) с общим весом около 2,3 кг. Все события, которые регистрировались в обоих детекторах, имели фоновое происхождение, не связанное со взаимодействием вимпа. В этом эксперименте порог регистрации составлял 4-7,5 кэВ при энергетическом разрешении 2-4 кэВ. Измерения проводились в интервале энергий ядер отдачи 10-50 кэВ, и счет событий не превосходил уровня фона - 0,43 кэВ-1 кг-1 сут-1 [1].
Времяпроекционные камеры
Drift-II - эксперимент с использованием времяпроекционной камеры, проводимый в подземной шахте Боулби (Северный Йоркшир, Великобритания) на глубине 1100 м [1]. Камера, объемом 1 м3, заполненная дисульфатом углерода (CS2), работает с отрицательными ионными носителями заряда. Принцип работы камеры основан на том, что при взаимодействии частицы, проходящей через газовую CS2-мишень, с веществом мишени образуются электрон-ионные пары, которые затем разделяются в сильном электрическом поле. Газ CS2 - электроотрицательный, и образовавшиеся отрицательные ионы дрейфуют к одной из плоскостей многопроволочной пропорциональной камеры, работающей в лавинном режиме. В такой камере могут регистрироваться ядра отдачи от взаимодействия вимпов в газовом объеме. В настоящее время проводится калибровка прибора с использованием радиоактивных источников.
MIMAC (MIcro-tpc MAtrix of Chambers) - эксперимент с времяпроекционной камерой с высоким временным разрешением, в которой в качестве мишени для регистрации небарионной ТМ используется Не3. В камере регистрируется ионизационный сигнал и проекция электронного трека. Движение ядра отдачи, возникшего при рассеянии вимпа на Не3, приводит к образованию электронов ионизации, которые могут регистрироваться при пороговой энергии, не превышающей 6 кэВ [1].
4.2 Сцинтилляционные детекторы, регистрирующие свет
Большие массы детектора можно получить с использованием сцинтиллятора типа NaI или жидкого ксенона в очень чистом контейнере.
DAMA (Dark Matter) - эксперимент в подземной лаборатории Гран-Сассо, в котором использовалось около 100 кг высокочистого NaI (Tl) - сцинтиллятора (девять независимых детекторов весом по 9,7 кг каждый). Энергетический порог в эксперименте составлял E?2 кэВ, энергия ядер отдачи достигала E?22 кэВ [1]. Энергетическое разрешение сцинтилляторов исследовалось с использованием нескольких радиоактивных источников (55Fe, 109Cd, 241Am). В эксперименте регистрировался эффект влияния движения Земли вокруг Солнца на взаимодействие частиц ТМ в ядерной мишени. Если рассматривать ТМ, сконцентрированную в Галактическом гало, то Земля будет пересекать больший поток частиц ТМ в июне, когда вектор скорости частиц ТМ совпадает с направлением движения Солнечной системы относительно Галактики. Наименьшее число событий взаимодействия в детекторах должно наблюдаться в декабре, когда две скорости взаимно противоположны.
Набор данных в эксперименте DAMA происходил в течение семи годовых циклов. Сеансы измерений начинались до момента времени, в который счет должен быть минимальным (2 декабря), и заканчивались после ожидаемого максимума (2 июня). Полная экспозиция детекторов составила 107731 кг сут. Результат счета событий в энергетическом интервале 2 - 6 кэВ показал наличие модуляций на уровне достоверности 6,3 с (рис.10), что коллаборация DAMA интерпретировала как свидетельство существования в гало вимпов с массой mWIMP ? 52 ГэВ. Однако этот результат до сих пор не подтвержден ни в одном из экспериментов по поиску ТМ.
Рис.10. Годовая модуляция счета событий в энергетическом интервале 2-6 кэВ, измеренная в эксперименте DAMA.
Наблюдения частиц TM в эксперименте использовалось шесть кристаллов сцинтиллятора NaI с общим весом 46 кг. Световые сигналы регистрировались ФЭУ (фотоэлектронные умножители), присоединенными к кристаллу с обоих концов. Для защиты от природной радиоактивности горных пород детектор окружался оболочкой из меди и свинца. Энергетический порог детектора составлял ? 2 кэВ, анализ данных проводился в области энергий 2 - 30 кэВ. Экспозиция детектора составила 10,6 кг год. Значимых отклонений от фонового счета событий в детекторе NaIAD обнаружено не было [1].
ANAIS (Annual modulation with NaIs) - эксперимент в подземной лаборатории Канфранк. В эксперименте использовалось 14 кристаллов сцинтиллятора NaI, каждый весом 10,7 кг. Гексагональная конструкция, собранная из этих сцинтилляторов, была окружена оболочкой из свинца толщиной 10 см, слоями кадмия толщиной 2 мм и 40-сантиметровыми слоями полиэтилена. Кроме того, вся установка погружалась в бак с водой с добавками бора. Энергетический порог регистрации в эксперименте составлял ? 4 кэВ, анализировались события с энергиями вплоть до 100 кэВ. При полной экспозиции детектора 2070 кг сут. счет событий составлял 1,2 кэВ-1 кг-1 сут-1. Никакого аномального превышения числа событий над уровнем фона во всем исследуемом энергетическом интервале обнаружено не было [1].
Kamioka-CaF2 (Eu) - эксперимент в Японии, в шахте Камиоканде на глубине 2700 м. Детектор содержал сцинтилляционный кристалл CaF2 (Eu) весом 310 г, окруженный радиационной защи