ArDM - ArDM
Den ArDM ( Argon mørkt stof ) Eksperiment er en partikel fysik eksperiment baseret på en flydende argon detektor, der skal måle signaler fra WIMPs (svagt vekselvirkende Massive Particles), som sandsynligvis udgør mørkt stof i universet. Elastisk spredning af WIMP'er fra argonkerner kan måles ved at observere frie elektroner fra ionisering og fotoner fra scintillation , som produceres af den tilbagevendende kerne, der interagerer med nærliggende atomer. Ioniserings- og scintillationssignalerne kan måles med dedikerede aflæsningsteknikker, som udgør en grundlæggende del af detektoren.
For at få en høj nok målmasse anvendes ædelgasargon i den flydende fase som målmateriale. Da kogepunktet for argon er ved 87 K ved normalt tryk, kræver detektorens funktion et kryogent system .
Eksperimentelle mål
ArDM-detektoren sigter mod direkte at detektere signaler fra WIMP'er via elastisk spredning fra argonkerner. Under spredningen overføres en bestemt rekylenergi - typisk mellem 1 keV og 100 keV - fra WIMP til argonkernen.
Det vides ikke, hvor ofte et signal fra WIMP-argon-interaktion kan forventes. Denne sats afhænger af den underliggende model, der beskriver WIMP's egenskaber. En af de mest populære kandidater til en WIMP er den letteste supersymmetriske partikel (LSP) eller neutralino fra supersymmetriske teorier . Dens tværsnit med nukleonerne ligger formentlig mellem 10 -12 pb og 10 -6 pb, hvilket gør WIMP-nucleon interaktioner en sjælden begivenhed. Den samlede begivenhedsrate kan øges ved at optimere målegenskaberne, såsom at øge målmassen. ArDM-detektoren er planlagt til at indeholde ca. et ton flydende argon. Denne målmasse svarer til en begivenhedsrate på ca. 100 begivenheder pr. Dag ved et tværsnit på 10 −6 pb eller 0,01 begivenheder pr. Dag ved 10 −10 pb.
Små begivenheder kræver en kraftig afvisning af baggrunden. En vigtig baggrund kommer fra tilstedeværelsen af den ustabile 39 Ar-isotop i naturlig argon, der flydes fra atmosfæren. 39 Ar gennemgår beta-forfald med en halveringstid på 269 år og et slutpunkt på beta-spektret ved 565 keV. Forholdet mellem ionisering og scintillation fra elektron- og gamma-interaktioner er forskelligt fra WIMP-spredning. Den 39 Ar baggrund er derfor godt skelnes, med en præcis bestemmelse af ionisering / scintillations-forhold. Som et alternativ overvejes brugen af udtømt argon fra underjordiske brønde.
Neutroner, der udsendes af detektorkomponenter og af materialer, der omgiver detektoren, interagerer med argon på samme måde som WIMP'er. Neutronbaggrunden kan derfor næsten ikke skelnes og skal reduceres så godt som muligt, f.eks. Ved nøje at vælge detektormaterialerne. Desuden er det nødvendigt at estimere eller måle den resterende neutronflux.
Detektoren er planlagt til at blive kørt under jorden for at undgå baggrunde induceret af kosmiske stråler .
Konstruktion status
ArDM-detektoren blev samlet og testet på CERN i 2006. Der blev udført overjordiske studier af udstyret og detektorens ydeevne, inden den blev flyttet under jorden i Canfranc Underground Laboratory i Spanien. Den blev fyldt med blev bestilt og testet ved stuetemperatur. I løbet af april 2013 løb under jorden blev lysudbyttet forbedret sammenlignet med overfladeforholdene.
Fremtidige koldt argongas er planlagt såvel som fortsat detektorudvikling. Resultaterne af flydende argon er planlagt til 2014.
Ud over en-ton-versionen kan detektorstørrelsen øges uden fundamentalt at ændre dens teknologi. En ti-ton flydende argondetektor er en tænkelig udvidelsesmulighed for ArDM. Nuværende eksperimenter til påvisning af mørkt stof i en masseskala på 1 kg til 100 kg med negative resultater viser nødvendigheden af tonskalaeksperimenter.
Resultater og fremtidige anvisninger
.png)
På trods af at man iboende studerer 'mørkt' stof, ser fremtiden lys ud for udvikling af detektor for mørk stof. "Dark Side-programmet" er et konsortium, der har gennemført og fortsætter med at udvikle nye eksperimenter baseret på kondenseret atmosfærisk argon (LAr) i stedet for xenon, væske. Et nyligt Dark Side-apparat, Dark Side-50 (DS-50), anvender en metode kendt som "tofasede flydende argon-tidsprojektionskamre (LAr TPCs)", som muliggør tredimensionel bestemmelse af kollisionshændelsespositioner oprettet af den electrolumnescence skabt af argon sammenstød med mørk stofpartikler. Dark Side-programmet frigav sine første resultater om sine fund i 2015, indtil videre er de mest følsomme resultater til argonbaseret afsløring af mørkt stof. LAr-baserede metoder anvendt til fremtidige apparater udgør et alternativ til xenon-baserede detektorer og kan potentielt føre til nye, mere følsomme multitonsdetektorer i den nærmeste fremtid.
