Европейский подземный калориметр редких событий - European Underground Rare Event Calorimeter Array

Логотип EURECA

В Европейский подземный калориметр редких событий (EURECA) планируется темная материя поисковый эксперимент с использованием криогенные детекторы и массой поглотителя до 1 тонны. Проект будет построен в Подземная лаборатория Модана и соберет вместе исследователей, работающих над КРЕСТ и ЭДЕЛЬВЕЙС эксперименты.[1][2]

EURECA заняла видное место в АСПЕРА Дорожная карта экспериментов по физике частиц в Европе.[3]

Темная материя

Основная статья: Темная материя

Темная материя - одна из значительных нерешенные проблемы в современной науке. Есть много свидетельств от астрономия и космология что значительная часть массы Вселенной и галактик состоит из несветящегося материала. Природа темной материи в настоящее время неизвестна. Однако популярная гипотеза состоит в том, что он состоит из Слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), частицы с большой массой, но которые взаимодействуют только с обычным веществом через слабая ядерная сила, поэтому большинство людей, проходящих через Землю, не попадают ни в один атом. Целью экспериментов по поиску темной материи, таких как EURECA, является проверка этой гипотезы путем поиска взаимодействий с темной материей WIMP. Согласно прогнозам, существование WIMP суперсимметрия теория, предсказывающая широкий диапазон сечений рассеяния вплоть до 10−10pb, что соответствует скорости взаимодействия ~ 1 событие в год в детекторе на 1 тонну.[4] Существующие эксперименты, такие как КРЕСТ и ЭДЕЛЬВЕЙС уже исключили более высокий уровень взаимодействия, но EURECA будет искать до этого нижнего предела.

Поиски криогенной темной материи

В экспериментах с криогенной темной материей используются детекторы частиц, работающие при милликельвиновых температурах, для поиска упругого рассеяния вимпов атомных ядер. Взаимодействие частиц внутри кристалла-поглотителя создаст большое количество фононы, они термализуются внутри термометр на поверхности кристалла, которая фиксирует повышение температуры. Такие криогенные детекторы используются, поскольку они сочетают в себе высокую чувствительность с низким энергетическим порогом и отличным разрешением.

Эксперименты с темной материей проводятся в глубоких подземных лабораториях и используют обширную защиту для снижения уровня фонового излучения от космические лучи. Ранние эксперименты были ограничены оставшимся фоном из-за радиоактивных примесей вблизи детекторов. Поэтому во второй фазе CRESST и EDELWEISS использовались новые детекторы, способные отличать события отдачи электронов от ядерных. Электронные отдачи производятся альфа, бета и гамма частицы, которые составляют подавляющее большинство фоновых событий. WIMP (а также нейтроны) производят ядерную отдачу. Это делается путем измерения дополнительного сигнала, который для отдачи электронов намного выше, чем отдачи ядер. Детекторы CRESST измеряют мерцание свет, произведенный в CaWO4 или ZnWO4 поглотитель кристалл. Детекторы EDELWEISS измеряют ионизация произведен в полупроводнике германий кристалл.

EURECA

EURECA будет развивать эту технологию криогенных детекторов, впервые разработанную CRESST и EDELWEISS, путем создания поглотителя массой в 1 тонну, состоящего из большого количества модулей криогенных детекторов. В эксперименте планируется использовать ряд детекторных материалов. Это дает возможность показать, вызван ли положительный сигнал темной материей, поскольку ожидается, что частота событий будет масштабироваться с увеличением атомная масса ядер-мишеней. В то время как частота событий от нейтроны будет выше для более легких ядер.

Сотрудничество EURECA включает институты-члены КРЕСТ, ЭДЕЛЬВЕЙС, и РОЗЕБУД эксперименты с темной материей и некоторые новые участники. Это:

Представитель сотрудничества - Жиль Жербье. Эксперимент будет построен в Modane Подземная лаборатория, в Дорожный туннель Фрежюс между Францией и Италией, самая глубокая подземная лаборатория в Европе.

НИОКР

Исследователи EURECA в настоящее время занимаются сбором и анализом данных для CRESST и EDELWEISS. Кроме того, в настоящее время ведутся различные исследования и разработки, связанные с расширением детекторной технологии до 1 тонны. К ним относятся:

  • Криогеника: EURECA потребуется масса в одну тонну для охлаждения до температуры в милликельвинах. Это будет сделано с использованием крупномасштабной криогенной технологии, которая используется для охлаждения гравитационная волна эксперименты и 27 км LHC кольцо ускорителя.
  • Сцинтилляторы: В настоящее время проводятся исследования по разработке крупных кристаллов-поглотителей с радиационной чистотой и хорошими сцинтилляционными свойствами при низких температурах.[5]
  • Считывание детектора: EURECA потребуется аппаратное и программное обеспечение для считывания сигналов с 1000+ каналов детектора.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ H. Kraus et al. (2006) «EURECA - европейское будущее поисков криогенной темной материи» Journal of Physics: Conference Series 39 139-141. Дои:10.1088/1742-6596/39/1/031.
  2. ^ H. Kraus et al. (2007) «EURECA - Европейское будущее поисков темной материи с помощью криогенных детекторов» Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 173 168-171 Дои:10.1016 / j.nuclphysbps.2007.08.043.
  3. ^ Физика астрономических частиц, Европейская стратегия В архиве 2011-07-21 на Wayback Machine (Дорожная карта ASPERA).
  4. ^ Р. Тротта, Р. Руис де Аустри и Л. Рошковски, (2007) «Перспективы прямого обнаружения темной материи в ограниченном MSSM» New Astronomy Reviews 51 316 Дои:10.1016 / j.newar.2006.11.059
  5. ^ Материалы 1-го международного семинара «Радиочистые сцинтилляторы для EURECA» (RPScint'2008) arxiv: 0903.1539

внешняя ссылка