Поиски частиц темной материи
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ом 50 см, высотой 13 см, объем которого просматривается семью ФЭУ.
Газовый промежуток высотой 2 см находится над поверхностью жидкого ксенона. Система электродов обеспечивает напряженность электрического поля 1,8 кВ см-1 в жидкой фазе и 2 кВ см-1 в пограничной области жидкость-газ. Низкий порог в этом детекторе достигается благодаря регистрации сцинтилляционного света фотоумножителями, находящимися в жидкой фазе. Для измерения ионизационных потерь в жидком ксеноне требуется обеспечить большое время жизни ионов по сравнению с временем жизни свободных электронов. Это достигается посредством использования ксенона сверхвысокой очистки. В первой экспозиции детектора, составившей 225 кг сут, измеренное число событий не превысило расчетного фонового значения.
Рис.13. Принцип регистрации сигналов в двухфазном ксеноновом детекторе.
Частица, попадая в детектор, взаимодействует в жидком ксеноне, в результате чего возникает первичный сцинтилляционный сигнал. Вторичные электроны дрейфуют по направлению к газовому слою, в котором дают вторичный электролюминесцентный сигнал. Оба сигнала регистрируются системой ФЭУ, расположенной в верхней части детектора.
ZEPLIN-III - последний этап создания модернизированного ксенонового детектора с двухфазной эмиссией. В ZEPLIN-III используется матрица из 31 ФЭУ, экранированных медной фольгой. Mатрица просматривает слой жидкого ксенона толщиной 40 мм, над которым находится слой газа толщиной 5 мм. Mежду медным электродом, который ограничивает газовую фазу, и сеткой, ограничивающей активную область жидкой фазы, прикладывается напряжение до 40 кэВ. При этом достигается хорошая реконструкция события во всех трех направлениях: в горизонтальной плоскости пространственное разрешение составляет ~ 10 мм, в вертикальном направлении ~ 50 мкм. Mедный резервуар с ксеноновой мишенью и ФЭУ погружен в криостат с жидким азотом. Сейчас проводятся калибровка прибора и подготовительные работы для проведения наблюдений вимпов.
5. Регистрация сильновзаимодействующей темной материи
ИНКА (Ионизацонно-Нейтронный КАлориметр) (Рис.14) [1] - многоцелевая астрофизическая орбитальная обсерватория, которая создается сотрудниками Физического института им.П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) совместно с Институтом ядерных исследований РАН (ИЯИ) и Научно-исследовательским институтом ядерной физики (НИИЯФ) Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Эта обсерватория нацелена на проведение фундаментальных исследований в области астрофизики первичного космического излучения (ПКИ) и физики элементарных частиц в интервале высоких энергий (E =1012-1016 эВ). Основными задачами ИНКА является изучение энергетических спектров космических частиц и определение массового состава ядерных компонент ПКИ (начиная от энергий E ? 1012 эВ до E ? 1016 эВ), определение поведения спектра первичных электронов при E ? 1012 эВ и измерение спектра диффузных ?-квантов в области энергий 30 ГэВ ? E ? 30 ТэВ, а также дискретных источников у-квантов при энергиях 1010 эВ ? E ? 1012 эВ [1]. В проекте ИНКА планируется применить для измерения энергии каскадов регистрацию как ионизационного, так и нейтронного сигналов, что позволит, с одной стороны, значительно повысить точность измерения энергии каскадов и выделить электроны и ?-кванты из протонного фона, а с другой стороны, даст возможность идентифицировать каскады от экзотических частиц с нестандартным развитием. Большая апертура ИНКА (~ 17,6 м2 ср) и использование новых технологий регистрации частиц делают этот прибор единственным детектором, способным изучать ТМ, существующую как в форме массивных экзотических частиц с аномально низким отношением заряда к массе, так и в виде вимпов, посредством наблюдений, например, сигналов от аннигиляции массивных нейтралино.
Рис.14. Схема ИНКА: 1 - свинец, 2 - полиэтилен, 3 - пластические сцинтилляторы, 4 - счетчики СНМ-17, 5 - счетчики "Гелий-3", 6 - платы электроники, 7 - фотоприемники (ФЭУ, фототриоды), 8 - зарядовые детекторы, А и Б - слои внешней части прибора.
6. Новые перспективные методы регистрации частиц темной материи
Акустическая регистрация массивных заряженных частиц темной материи в экспериментах на спутниках
Для детектирования заряженных массивных частиц ТМ предложено использовать методы радиационной акустики, а сами детекторы располагать на аэростатах или спутниках. Идея эксперимента основывается на впервые предложенном в ФИАНе методе регистрации заряженных частиц с помощью акустического импульса, который генерируется термоупругим механизмом, инициируемым в материале детектора проходящими через него заряженными частицами. Использование современной технологии производства акустических датчиков дает основания надеяться, что акустический метод позволит создать сравнительно легкий и недорогой детектор ТМ.
В состав детектора для поиска сильновзаимодействующей ТМ всегда входят слои поглотителя, в которых частицы теряют часть энергии Е. В эксперименте ИНКА и др., в которых используются плоскости пластического сцинтиллятора на основе полистирола. Расчет величины Е в зависимости от массового числа А частицы, движущейся со скоростью v/c=10-3, показывает, что в пластине сцинтиллятора толщиной 1 см потери энергии для частиц с А>104 составляют более 5 МэВ. Такое энерговыделение легко зарегистрировать, но в эксперименте по поиску ТМ возникает необходимость отличать подобные сигналы от фона, котор