Проекционная камера времени темной материи - Dark Matter Time Projection Chamber

В Камера временной проекции темной материи (DMTPC) это эксперимент по прямому обнаружению слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs), один из самых популярных кандидатов на темная материя. В эксперименте используется система низкого давления камера времени проекции чтобы извлечь исходное направление потенциальных событий темной материи. В коллаборацию входят физики из Массачусетский Институт Технологий (Массачусетский технологический институт), Бостонский университет (BU), и Университет Брандейса. Несколько прототипов детекторов были построены и испытаны в лабораториях MIT и BU. Первые данные группа взяла в подземной лаборатории Опытная установка по изоляции отходов (WIPP) сайт рядом Карлсбад, Нью-Мексико Осенью 2010 г.

Концепция детектора

Детектор DMTPC состоит из TPC, заполненного низким давлением CF4 газ. Заряженные частицы, падающие на газ, замедляются и в конечном итоге останавливаются, оставляя след из свободных электронов и ионизированный молекулы. Электроны дрейфуют под действием электрического поля к области усиления. Вместо использования MWPC концевые пластины для усиления и считывания событий, как и в традиционной конструкции TPC, область усиления DMTPC состоит из металлической проволочной сетки, отделенной от медного анода с сильным электрическим полем между ними. Это создает более однородное электрическое поле, чтобы сохранить форму исходной дорожки во время усиления. В лавина электронов также создает много мерцание свет, который проходит через проволочную сетку. Часть этого света собирается CCD камера расположена вне основного объема детектора. Это приводит к двумерному изображению сигнала ионизации трека, как он появляется в плоскости усиления. Информация о заряженной частице, включая направление ее движения в детекторе, может быть восстановлена ​​по показаниям ПЗС-матрицы. Дополнительная информация о треке получается из считывания сигнала заряда на плоскости анода.

Группа построила и эксплуатирует ряд детекторов, таких как 10-л DMTPC (объемом 10 литров) детектор под землей в Опытная установка по изоляции отходов в Нью-Мексико, то 4Шутер или 4ш или FourShooter (объемом 20 литров) детектор над поверхностью на Массачусетский технологический институт и Канарейка (объемом менее 1 литра). Все использованные детекторы предназначались для разработки прототипов. Планировалось переместить детектор 4Shooter в WIPP, но авария в подземной лаборатории WIPP в феврале 2014 года поставила под сомнение этот план, и неизвестно, был ли этот план реализован на самом деле.

Каждый из крупнейших существующих прототипов детекторов имеет в общей сложности 20 л CF4 газ в зоне дрейфа, где будут происходить измеримые события. Группа также планирует со временем построить детектор объемом 1 м3 называется DMTPC m3 (также называется DMTPCino в некоторых источниках).

Обнаружение вимпов

В предполагаемом событии темной материи WIMP входит в объем детектора и взаимодействует с одним из атомов в CF4обычно фтор. Хотя WIMP не оставляет след непосредственно, передача импульса при взаимодействии заставляет атом отскочить, и его ионизационный трек с типичным диапазоном в несколько миллиметров может быть обнаружен. CF4 газ используется, потому что самый распространенный изотоп фтора, 19F считается отличным ядром-мишенью для установки вращение -зависимый WIMP-нуклон рассеяние. Если отдающий ион достаточно энергичен, направление входящего WIMP может быть экстраполировано из направления отдачи.

Из-за движения Солнечной системы вокруг центра галактики многие физики считают, что частицы, составляющие ореол темной материи будет казаться происходящим из определенного направления в небе, примерно соответствующего положению созвездия Лебедь. Если это правда, группа DMTPC надеется, что сможет использовать информацию о направленном треке для статистического подтверждения существования темной материи, даже при наличии фона, отличного от темной материи, который, как считается, имеет другой направленный сигнал. Существует несколько других групп, разрабатывающих детекторы темной материи TPC низкого давления с направленной чувствительностью, в том числе ДРИФТ, NEWAGE, и MIMAC. Кроме того, поиски темной материи, такие как КУПП и NEWAGE также используют фтор в качестве основного ядра-мишени для спин-зависимых взаимодействий.

Результаты

DMTPC опубликовал первые результаты пробега по поверхности в 2010 году, установив предел поперечного сечения, зависящий от вращения.[1]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Ahlen, S .; Battat, J.B.R .; Caldwell, T .; Deaconu, C .; Dujmic, D .; Fedus, W .; Фишер, П .; Голуб, Ф .; Хендерсон, С .; Inglis, A .; Kaboth, A .; Kohse, G .; Lanza, R .; Ли, А .; Lopez, J .; Monroe, J .; Сахин, Т .; Sciolla, G .; Сквороднев, Н .; Tomita, H .; Wellenstein, H .; Wolfe, I .; Yamamoto, R .; Егорян, Г. (январь 2011 г.). «Первые результаты поиска темной материи в результате поверхностного запуска направленного детектора темной материи DMTPC объемом 10 л». Письма по физике B. 695 (1–4): 124–129. arXiv:1006.2928. Bibcode:2011ФЛБ..695..124Д. Дои:10.1016 / j.physletb.2010.11.041.

Источники

внешние ссылки