Поиск криогенных редких событий с помощью сверхпроводящих термометров - Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers

Здание криостата CRESST, расположенное в зале А глубоководной лаборатории СПГС, Гран-Сассо, Италия.

В Поиск криогенных редких событий с помощью сверхпроводящих термометров (КРЕСТ) является результатом сотрудничества европейских групп экспериментальной физики элементарных частиц, участвующих в создании криогенных детекторов для прямого темная материя поиски. Участвующие институты являются Институт физики Макса Планка (Мюнхен ), Технический университет Мюнхена, Тюбингенский университет (Германия), Оксфордский университет (Великобритания) и Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN, Италия).[1]

Сотрудничество CRESST в настоящее время включает в себя множество криогенные детекторы в подземной лаборатории Национальная лаборатория Гран-Сассо. Модульные извещатели, используемые CRESST, облегчают распознавание фоновое излучение событий путем одновременного измерения фонон и фотон сигналы от мерцающих вольфрамат кальция кристаллы. Охлаждением детекторов до температуры в несколько милликельвин, отличная дискриминация и энергетическое разрешение детекторов позволяет идентифицировать события с редкими частицами.

КРЕСТ-I данные были получены в 2000 г. с помощью сапфировых детекторов с вольфрамовыми термометрами. КРЕСТ-II использует CaWO4 кристалл сверкающий калориметры. Его прототип был создан в 2004 году, а в 2007 году он работал на 47,9 кг в день и работал с 2009 по 2011 годы. В эксперименте CRESST-II фазы 1 наблюдались избыточные события, превышающие известный фон, который можно было понять как сигнал темной материи. Однако более поздний анализ показал, что эти избыточные события были вызваны ранее неучтенным избытком фона от самого детектора, а не истинным сигналом от темной материи.[2] Источник избыточного фона в детекторе был удален на Фазу 2.

Фаза 2 имеет новый CaWO4 кристалл с лучшей радиочистотой, улучшенными детекторами и значительно уменьшенным фоном. В июле 2013 года началось исследование избыточных сигналов в предыдущем прогоне. Результаты Фазы 2 показали отсутствие сигнала выше ожидаемого фона, что доказывает, что результат Фазы 1 действительно был вызван избыточным фоном компонентами детектора.[2]

CRESST-II впервые обнаружил альфа-распад из вольфрам-180 (180W).[3] Полные результаты первой фазы CRESST-II были опубликованы в 2012 году.[4] Новые результаты второго этапа представлены в июле 2014 г. [5] с ограничением на независимое от спина рассеяние WIMP-нуклонов для WIMP с массой ниже 3 ГэВ / c2.

В 2015 году детекторы CRESST были модернизированы с коэффициентом чувствительности 100, что позволило обнаруживать частицы темной материи с массой, близкой к массе протона.[6]

В 2019 году команда сообщила о результатах первого этапа КРЕСТ-III, который работал с 2016 по 2018 год. CRESST-III использовал один 23,6-граммовый CaWO4 детектор с пониженным энергетическим порогом 30,1 эВ, что примерно в 10 раз меньше, чем у CRESST-II. Это позволяет обнаруживать вимпы с энергией 0,16 ГэВ / c.2, немного тяжелее, чем пион. Несмотря на многие события из захват электронов распад 179Та, имел место необъяснимый избыток событий с отдачей менее 200 эВ.[7]

В EURECA Эксперимент является планируемым преемником CRESST, в конечном итоге нацеленным на запуск массива детекторов общей массой около 1 тонны.

Рекомендации

  1. ^ "КРЕСТ: Дом".
  2. ^ а б Дэвис, Джонатан (2015). «Прошлое и будущее прямого обнаружения светлой темной материи». Int. J. Mod. Phys. А. 30 (15): 1530038. arXiv:1506.03924. Bibcode:2015IJMPA..3030038D. Дои:10.1142 / S0217751X15300380.
  3. ^ Ланг, Рафаэль; Зайдель, Вольфганг (2009). «Поиск темной материи с CRESST». Новый журнал физики. 11 (10): 105017. Дои:10.1088/1367-2630/11/10/105017.
  4. ^ Angloher, G; Бауэр, М; Бавыкина, я; Бенто, А; Bucci, C; Ciemniak, C; Deuter, G; von Feilitzsch, F; Hauff, D; Хафф, П; Isaila, C; Jochum, J; Кифер, М; Kimmerle, M; Lanfranchi, J. -C; Petricca, F; Пфистер, S; Potzel, W; Pröbst, F; Reindl, F; Рот, S; Роттлер, К; Sailer, C; Schäffner, K; Schmaler, J; Scholl, S; Зайдель, Вт; Сиверс, M. v; Стодольский, Л; и другие. (12 апреля, 2012). «Результаты поиска темной материи CRESST-II за 730 кг дней». Европейский физический журнал C. 72 (4): 1971. arXiv:1109.0702. Bibcode:2012EPJC ... 72.1971A. Дои:10.1140 / epjc / s10052-012-1971-8.
  5. ^ Сотрудничество CRESST, Результаты для вимпов малой массы с использованием модернизированного детектора CRESST-II, https://arxiv.org/abs/1407.3146
  6. ^ «Новые детекторы позволяют искать легкие частицы темной материи». PhyOrg. Сентябрь 2015 г.. Получено 14 сентября 2015.
  7. ^ А. Х. Абдельхамид и другие. (CRESST Collab.) (31 марта 2019 г.). «Первые результаты программы маломассивной темной материи CRESST-III». Физический обзор D. 100 (10): 102002. arXiv:1904.00498. Дои:10.1103 / PhysRevD.100.102002.

внешняя ссылка