Поиски частиц темной материи
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
той, состоящей из медной, свинцовой и полиэтиленовой оболочек с толщиной соответственно 15, 15 и 20 см. Кристаллы CaF2 (Eu) имеют световыход, составляющий около 50 % от световыхода NaI (Tl), и поэтому энергетический порог детекторов, созданных на основе кристаллов CaF2 (Eu), несколько выше, чем у детекторов на кристаллах NaI (Tl). Световой сигнал от кристалла регистрируется ФЭУ и поступает на вход цифрового осциллографа. В установке Kamioka-CaF2 (Eu) счет событий с энергиями ?10 кэВ составил 10 кэВ-1 кг-1 сут-1, что соответствует фоновой загрузке детектора.
KIMS (Korea Invisible Mass Search) - эксперимент в Корее, в подземной шахте Янгянг на глубине 700 м. В эксперименте используются четыре сцинтилляционных кристалла CsI (Tl) с общей массой 34,8 кг. Сцинтилляционный свет регистрируется ФЭУ c двух торцевых поверхностей кристалла и записывается с помощью сверхбыстрых аналого-цифровых преобразователей. Полная экспозиция детектора составила 3409 кг сут. После выделения зарегистрированных фоновых событий число полезных событий, которые могли бы быть ассоциированы с наблюдением ядра отдачи, согласуется с нулевым результатом обнаружения вимпов.
ZEPLIN (ZonEd Proportional scintillation in LIquid Noble gases) - эксперимент в подземной шахте Боулби. В первой фазе эксперимента - ZEPLIN-I - в качестве сцинтиллятора использовалось 3,1 кг жидкого ксенона. Этот опыт оказался неудачным, так как шум электроники оказался слишком велик, а энергетическое разрешение было слишком мало для того, чтобы уверенно выделять полезные сигналы. Развитием этого эксперимента стало создание установок ZEPLIN-II и ZEPLIN-III, в которых использовался ксенон в жидкой и в газовой фазах и в качестве сигналов регистрировался заряд и сцинтилляционный свет.
4.3 Криогенные детекторы, регистрирующие тепло
В последнее десятилетие для регистрации вимпов наиболее активно используются криогенные детекторы. Это связано с тем, что при очень низких температурах теплоемкость приближенно следует закону Дебая (~ Т3) и можно проводить калориметрические измерения даже при очень малых выделенных энергиях. При измерении энергии отдачи уже достигнут энергетический порог 1 кэВ. Снижение теплоемкости при Т>0 позволяет в технически достижимых температурных областях получать регистрируемые в макроскопическом рабочем теле температурные отклики ~ 1 мкК на энерговыделение величиной в несколько электронвольт. Кроме того, энергетическая цена элементарного фононного возбуждения в криогенных детекторах значительно ниже (менее 1 мэВ), чем в классических детекторах на основе полупроводников или сцинтилляторов. Поэтому криогенные детекторы дают возможность достичь беспрецедентно высоких чувствительности и энергетического разрешения.
ROSEBUD (Rare Objects SEarch with Bolometers UndergrounD) - эксперимент в подземной лаборатории Канфранк, оборудование которого включало в себя три сапфировых болометра с Ge-термосопротивлениями. Полная масса кристаллов сапфира составляла около 100 г. Кристаллы в тонкой оболочке из свинца и меди высокой чистоты были погружены в жидкий гелий при температуре 20 мК. Внешняя защита детектора состояла из свинцовых блоков и кадмиевой фольги. Установка помещалась на специальную виброизолирующую платформу в клетке Фарадея. Порог регистрации составлял ~ 2 кэВ. Число фоновых событий в области энергий 2-100 кэВ достигало ~ 5 событий на 1 кэВ кг сут, что на порядок выше, чем в кремниевом детекторе. Отклонений в энергетическом спектре фоновых событий не обнаружено.
Продолжение эксперимента ROSEBUD было связано с исследованием возможности использования для регистрации вимпов болометров на кристаллах CaWO4 и BGO. Сравнение спектров, полученных с помощью болометров различного типа, позволяет определить зависимость счета событий от атомной массы кристалла. Однако кристалл BGO оказался практически непригодным для регистрации ядер отдачи при упругом рассеянии вимпов, так как его порог регистрации слишком высок ~ 6 кэВ.
CRESST-I (Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers) - эксперимент, проводившийся в подземной лаборатории Гран-Сассо, в котором использовался сапфировый болометр с массой кристалла 262 г. В эксперименте при пороге E ?500 эВ достигалось разрешение ? 133 эВ при энергии 1,5 кэВ [1].
4.4 Детекторы на основе перегретых жидкостей и сверхпроводящих гранул, регистрирующие тепло
Один из подходов к созданию детекторов для регистрации вимпов связан с использованием перегретых жидкостей. Такие детекторы работают по принципу пузырьковой камеры, в которой малое энерговыделение в ее объеме нарушает метастабильное состояние жидкости, приводя к образованию пузырьков, регистрируемых оптическими приборами или акустическими сенсорами. Для возникновения фазового перехода необходимо минимальное энерговыделение, поэтому детекторы, использующие перегретые жидкости, являются пороговыми приборами. Рабочие температура и давление подбираются таким образом, чтобы только ядра отдачи могли вызывать образование пузырьков. Электроны отдачи, возникающие при взаимодействиях ?-квантов, имеют меньшее энерговыделение и не приводят к образованию пузырьков.
COUPP (Chicagoland Observatory for Underground Particle Physics) - детектор, представляющий собой аналог пузырьковой камеры, заполненной жидким CF3I весом 2 кг. В 2005 г. камера была размещена в туннеле нейтринного канала NuMI Тэватрона на глубине 300 м. Образование пузырьков регистрировалось оптическими камерами и акустическими датчиками. Использование двух сигналов обеспечивало пространственную реконструкцию образовавшегося пузырька с точ?/p>