Поиски частиц темной материи
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?остью 1 мм. Эта информация обеспечивала выделение событий ядер отдачи на фоне событий, обусловленных множественным рассеянием нейтронов. Однако на первом этапе эксперимента COUPP не было предусмотрено методов минимизации фона ядер отдачи ?-частиц, возникающих при радиоактивном распаде радона, в малом количестве присутствующего в окружающей среде. Полная экспозиция детектора составила 250 кг сут. Полезных событий выделено не было.
Сейчас проектируется новая камера, в которой вес CF3I достигнет 80 кг и в которой предусмотрено выделение радонового фона. Камеру предполагается установить в подземной лаборатории (Соудан, США), где работает детектор CDMS-II [1].
PICASSO (Project In CAnada to Search for Super - symmetric Objects) - эксперимент с детектором, в котором используются перегретые капли C4Fi0, внедренные в гель, основу которого составляет полимеризованная эмульсия. Эксперимент проводился в самой глубокой (~ 6000 м.) подземной лаборатории в мире - SNO (Садбери, Канада). Гель является активной мишенью для взаимодействия вимпов, а перегретые капли диаметром 10-100 мкм работают по принципу минипузырьковой камеры. Фазовый переход к нормальному состоянию сопровождается взрывом капли и регистрируется с помощью пьезоэлектрических датчиков, размещенных на внешней поверхности стенок детектора. Фазовый переход связан с изменением температуры и давления в геле, окружающем каплю, а также со спецификой энергетических потерь частицы, пересекающей чувствительный объем детектора. Это позволяет выделить ядра отдачи 19F на фоне частиц с малой плотностью ионизации. Энергетический порог регистрации ядер может варьироваться при изменении температуры и давления в детекторе. Температурная зависимость энергетического порога определялась при калибровочных измерениях с нейтронными, ? - и ?-источниками и сравнивалась с результатами расчета по методу Монте-Карло. Три детектора объемом 1,5 л каждый начали работать в 2004 г. Эти детекторы представляют собой цилиндрические контейнеры из полипропилена со стальной крышкой, заполненные полимеризованной эмульсией с каплями C4F10. Изменение температуры в диапазоне 20-47 C позволяло обнаруживать ядра отдачи с энергией 6-500 кэВ. При экспозиции, составившей 1,98 кг сут, измеренный энергетический спектр полностью согласовывался с температурной зависимостью, характерной для ?-частиц, которая сильно отличается от температурной зависимости в случае ядер отдачи, индуцированных вимпами. Ограничение на вимп-нуклонное сечение составило 1,3 пб при массе вимпа 29 ГэВ [1].
В настоящее время число детекторов, используемых в PICASSO, постепенно увеличивается. Установка из 32 детекторов позволит довести активную массу прибора до 3 кг. При экспозиции 280 кг сут ожидается достичь чувствительности к вимп-нуклонному сечению на уровне 5 х 10-38 см2.
SIMPLE (Superheated Instrument for Massive ParticLE searches) - эксперимент в подземной лаборатории LSBB (Laboratoire Souterrain Bas Bruit) во Франции (глубина 1500 м.), в котором используется детектор на основе перегретых капель фреона C2ClF5. Принцип работы установки SIMPLE полностью аналогичен принципу работы PICASSO. Четыре детектора объемом по 5 л каждый имели гелиевую основу, в которую были введены капли C2ClF5 с полной активной массой около 43 г. Детекторы помещались в бак с очищенной от примесей водой объемом 700 л, который окружался тройным слоем звуковой и тепловой изоляции. Для регистрации акустических волн, сопровождающих фазовый переход, внутри водного объема размещались пьезоэлектрические микрофоны, а снаружи устанавливался звуковой монитор. В случае регистрации кандидата в событие на любом из детекторов в память компьютера записывалась температура, давление и форма сигнала в виде фурье-образа.
Полная экспозиция установки SIMPLE составила 0,42 кг сут. Счет сигналов в детекторе полностью согласуется с вкладом фона. Несмотря на меньшую, чем в PICASSO экспозицию, ограничения на вимп-нуклонное сечение в эксперименте SIMPLE эквивалентны ограничениям PICASSO. Этот результат продемонстрировал важность использования в эксперименте пассивной защиты от фона и материалов с высокой радиационной чистотой.
4.5 Комбинированные детекторы, регистрирующие световой и тепловой сигналы
CRESST-II - первый эксперимент по наблюдению вимпов, в котором использовались детекторы, позволяющие как наблюдать световой сигнал, так и регистрировать фононы. Для этого эксперимента были разработаны криогенные детекторы на основе кристаллов CaWO4 (рис.11) [1].
Для защиты от фона, создаваемого природной радиоактивностью, детектор окружен оболочкой из меди и свинца. В детекторе ядра отдачи с энергиями ~ 10 кэВ с высокой эффективностью отделяются от радиоактивного ? - и ?-фона. Четыре канала SQUID-системы позволяют работать независимо как в фононной моде, так и сцинтилляционном режиме.
Один модуль детектора состоит из сцинтилляционного кристалла CaWO4 весом ~ 300 г, работающего как криогенный калориметр (фононный канал). Вблизи сцинтилляционного кристалла установлен криогенный детектор, оптимизированный для регистрации света от сцинтилляций (световой канал). Фононный канал предназначен для измерения энергии, переданной ядром отдачи в кристалле CaWO4 в упругом рассеянии вимпа с ядром. Tак как сигнал ядра отдачи отличается по световыходу от сцинтилляционного света, излучаемого электроном или ?-квантом с той же самой энергией, то происходит эффективное выделение фона электронов и ?-квантов, что дает возможность проводить независимые измерения фононного и светового сигналов.
В детекторном модуле используется ци?/p>