ArDM - ArDM
ArDM ( Argon karanlık madde ) Deney a, parçacık fiziği sıvı göre deney , argon sinyalleri ölçüm amaçlayan, detektör wimps muhtemelen oluşturmaktadır (Zayıf Etkileşen Masif partiküller), karanlık madde evrenin. Argon çekirdeklerinden WIMP'lerin elastik saçılması , komşu atomlarla etkileşime giren geri tepme çekirdeği tarafından üretilen iyonizasyondan gelen serbest elektronları ve sintilasyondan gelen fotonları gözlemleyerek ölçülebilir . İyonizasyon ve sintilasyon sinyalleri, dedektörün temel bir parçasını oluşturan özel okuma teknikleriyle ölçülebilir.
Yeterince yüksek bir hedef kütle elde etmek için asal gaz argon sıvı fazda hedef malzeme olarak kullanılır. Normal basınçta argonun kaynama noktası 87 K olduğundan, dedektörün çalışması kriyojenik bir sistem gerektirir .
Deneysel hedefler
ArDM detektörü, argon çekirdeklerinden elastik saçılma yoluyla WIMP'lerden gelen sinyalleri doğrudan tespit etmeyi amaçlamaktadır. Saçılma sırasında, belirli bir geri tepme enerjisi - tipik olarak 1 keV ile 100 keV arasında bulunur - WIMP'den argon çekirdeğine aktarılır.
WIMP-argon etkileşiminden ne sıklıkla bir sinyalin beklenebileceği bilinmemektedir. Bu oran, WIMP'nin özelliklerini açıklayan temel modele bağlıdır. Bir WIMP için en popüler adaylardan biri, süper simetrik teorilerden En Hafif Süpersimetrik Parçacık (LSP) veya nötrinodur . Onun kesit nucleon'un ile tahminen 10 arasında yer alır -12 pb ve 10 -6 pısırık-nükleon etkileşimleri nadir bir olay haline pb. Toplam olay oranı, hedef kitleyi artırmak gibi hedef özellikleri optimize ederek artırılabilir. ArDM dedektörünün yaklaşık bir ton sıvı argon içermesi planlanıyor. Bu hedef kütle, 10 −6 pb'lik bir enine kesitte günde yaklaşık 100 olay veya 10 −10 pb'de 0.01 olaylık olay oranına karşılık gelir .
Küçük olay oranları, güçlü bir arka plan reddi gerektirir. Atmosferden sıvılaştırılmış doğal argonda kararsız 39 Ar izotopunun varlığından önemli bir arka plan gelir . 39 Ar , 269 yıllık bir yarılanma ömrü ve 565 keV'de beta spektrumunun bir son noktası ile beta bozunmasına uğrar . Elektron ve gama etkileşimlerinden iyonizasyonun parıldama oranı, WIMP saçılmasının ürettiğinden farklıdır. Bu nedenle 39 Ar arka planı, iyonlaşma / sintilasyon oranının hassas bir şekilde belirlenmesi ile iyi bir şekilde ayırt edilebilir. Alternatif olarak, yer altı kuyularından tüketilen argon kullanımı düşünülmektedir.
Dedektör bileşenleri ve dedektörü çevreleyen malzemeler tarafından yayılan nötronlar, WIMP'ler gibi argon ile etkileşime girer. Bu nedenle nötron arka planı neredeyse ayırt edilemez ve örneğin detektör malzemelerini dikkatlice seçerek mümkün olduğu kadar azaltılmalıdır. Ayrıca, kalan nötron akısının bir tahmini veya ölçümü gereklidir.
Kozmik ışınların neden olduğu arka planlardan kaçınmak için dedektörün yeraltında çalıştırılması planlanıyor .
İnşaat durumu
ArDM dedektörü 2006 yılında CERN'de monte edilmiş ve test edilmiştir. Ekipmanın yer üstü çalışmaları ve dedektör performansı 2012 yılında İspanya'daki Canfranc Yeraltı Laboratuvarı'nda yer altına taşınmadan önce yapılmıştır . Dolduruldu ve oda sıcaklığında test edildi. Nisan 2013'te yeraltına koşarken, ışık verimi yüzey koşullarına göre iyileştirildi.
Gelecekteki soğuk argon gazı çalıştırmalarının yanı sıra devam eden dedektör geliştirmesi planlanmaktadır. Sıvı argon sonuçları 2014 için planlanmıştır.
Bir tonluk versiyonun ötesinde, dedektör boyutu, teknolojisini temelden değiştirmeden artırılabilir. On tonluk bir sıvı argon dedektörü, ArDM için düşünülebilir bir genişletme olasılığıdır. Karanlık Madde tespiti için 1 kg ila 100 kg kütle ölçeğinde negatif sonuçlarla yapılan güncel deneyler, ton ölçekli deneylerin gerekliliğini göstermektedir.
Sonuçlar ve Gelecek Talimatlar
.png)
Doğası gereği 'karanlık' madde üzerinde çalışılmasına rağmen, karanlık madde detektörü gelişimi için gelecek parlak görünüyor. "Karanlık Taraf Programı", ksenon sıvı yerine yoğunlaştırılmış atmosferik argona (LAr) dayalı yeni deneyler yürüten ve geliştirmeye devam eden bir konsorsiyumdur. Yakın tarihli bir Karanlık Taraf cihazı olan Dark Side-50 (DS-50), "iki fazlı sıvı argon zaman projeksiyon odaları (LAr TPC'ler)" olarak bilinen bir yöntemi kullanır ve bu yöntemle oluşturulan çarpışma olayı konumlarının üç boyutlu belirlenmesine izin verir. electrolumnescence karanlık madde parçacıkları ile argon çarpışmaların yarattığı. Karanlık Taraf programı, 2015 yılında bulgularına ilişkin ilk sonuçlarını yayınladı ve şu ana kadar argon tabanlı karanlık madde tespiti için en hassas sonuçlar oldu. Gelecekteki cihazlar için kullanılan LAr tabanlı yöntemler, xenon tabanlı dedektörlere bir alternatif sunar ve yakın gelecekte potansiyel olarak yeni, daha hassas çok tonlu dedektörlere yol açabilir.