ArDM - ArDM
ARDM ( Argon temné hmoty ) Pokus je částicové fyziky experiment na bázi kapalného argonu detektoru, jehož cílem je měřicí signály z wimps (Slabě Kolidující Masivní částic), které pravděpodobně představují temné hmoty ve vesmíru. Pružný rozptyl WIMP z argonových jader je měřitelný pozorováním volných elektronů z ionizace a fotonů ze scintilace , které jsou vytvářeny zpětným rázem jádra interagujícím se sousedními atomy. Ionizační a scintilační signály lze měřit speciálními odečítacími technikami, které tvoří základní část detektoru.
Aby se dosáhlo dostatečně vysoké cílové hmotnosti, používá se v kapalné fázi jako materiál terče vzácný plyn argon. Protože teplota varu argonu je při normálním tlaku 87 K, vyžaduje provoz detektoru kryogenní systém .
Experimentální cíle
Detektor ArDM je zaměřen na přímou detekci signálů z WIMP pomocí elastického rozptylu z argonových jader. Během rozptylu se určitá energie zpětného rázu - obvykle ležící mezi 1 keV a 100 keV - přenáší z WIMP do argonového jádra.
Není známo, jak často lze očekávat signál z interakce WIMP-argon. Tato sazba závisí na podkladovém modelu popisujícím vlastnosti WIMP. Jedním z nejoblíbenějších kandidátů na WIMP je nejlehčí supersymetrická část (LSP) nebo neutralino ze supersymetrických teorií . Jeho průřez s nukleony pravděpodobně leží mezi 10 −12 pb a 10 − 6 pb, což činí interakce WIMP-nukleon vzácnou událostí. Celkovou rychlost událostí lze zvýšit optimalizací vlastností cíle, například zvýšením hmotnosti cíle. Detektor ArDM má obsahovat přibližně jednu tunu kapalného argonu. Tato cílová hmotnost odpovídá rychlosti událostí přibližně 100 událostí za den v průřezu 10 - 6 pb nebo 0,01 události za den při 10 - 10 pb.
Malé sazby událostí vyžadují silné odmítnutí pozadí. Důležité pozadí pochází z přítomnosti nestabilního izotopu 39 Ar v přírodním argonu zkapalněném z atmosféry. 39 Ar prochází beta rozpadem s poločasem 269 let a koncovým bodem beta spektra na 565 keV. Poměr ionizace přes scintilaci z interakcí elektronů a gama je jiný, než jaký poskytuje rozptyl WIMP. 39 Ar pozadí je proto dobře rozeznatelné, s přesným stanovením poměru ionizace / scintilace. Alternativně se uvažuje o použití ochuzeného argonu z podzemních vrtů.
Neutrony emitované komponentami detektoru a materiály obklopujícími detektor interagují s argonem stejným způsobem jako WIMP. Neutronové pozadí je proto téměř nerozeznatelné a musí být co nejvíce omezeno, například pečlivým výběrem materiálů detektoru. Dále je nezbytný odhad nebo měření zbývajícího toku neutronů.
Plánuje se, že detektor bude spuštěn pod zemí, aby se zabránilo pozadí indukovanému kosmickými paprsky .
Stav stavby
Detektor ArDM byl sestaven a testován v CERNu v roce 2006. Nadzemní studie vybavení a výkonu detektoru byly provedeny před jeho přesunem do podzemí v roce 2012 ve španělské podzemní laboratoři Canfranc . Byl naplněn, uveden do provozu a testován při pokojové teplotě. Během běhu pod zemí v dubnu 2013 se zlepšil výtěžek světla ve srovnání s povrchovými podmínkami.
Plánovány jsou budoucí chody studeného argonu a další vývoj detektorů. Výsledky kapalného argonu jsou plánovány na rok 2014.
Kromě verze s jednou tunou lze zvětšit velikost detektoru, aniž by se zásadně změnila jeho technologie. Desetitunový detektor kapalného argonu je pro ArDM myslitelnou možností expanze. Současné experimenty pro detekci temné hmoty v hmotnostním měřítku od 1 kg do 100 kg s negativními výsledky ukazují nutnost experimentů v tonovém měřítku.
Výsledky a budoucí směry
.png)
Navzdory studiu inherentně „temné“ hmoty se zdá, že vývoj detektorů temné hmoty je jasný. „Program temné strany“ je konsorcium, které provádělo a pokračuje ve vývoji nových experimentů založených na kondenzovaném atmosférickém argonu (LAr) místo na xenonu, kapalném. Jedno nedávné zařízení Dark Side, Dark Side-50 (DS-50), využívá metodu známou jako „dvoufázové kapalné argonové časové projekční komory (LAr TPC)“, které umožňují trojrozměrné určení pozic kolizních událostí vytvořených electrolumnescence vytvořil argonu kolize s částicemi temné hmoty. Program Dark Side zveřejnil své první výsledky svých zjištění v roce 2015, zatím jsou to nejcitlivější výsledky detekce temné hmoty na bázi argonu. Metody založené na LAr používané pro budoucí přístroje představují alternativu k detektorům na bázi xenonu a mohly by v blízké budoucnosti potenciálně vést k novým, citlivějším vícetunovým detektorům.