EDELWEISS - EDELWEISS

Logo EDELWEISS

EDELWEISS ( E XPERIENCE nalít DE tecter L es W IMPS E N S ITE S outerrain) je tmavá hmota vyhledávání experiment se nachází na Modane podzemní laboratoři ve Francii. Experiment využívá kryogenní detektory , které měří jak fononové, tak ionizační signály produkované interakcí částic v krystalech germania . Tato technika umožňuje odlišení událostí zpětného rázu od událostí zpětného rázu elektronů.

Projekt EURECA je navrhovaným budoucím experimentem s temnou hmotou, který bude zahrnovat výzkumníky z EDELWEISS a CRESST search temné hmoty.

Temná hmota

Tmavá hmota je materiál, který nevyzařuje ani neabsorbuje světlo. Měření otáčení křivek ze spirálních galaxií naznačují, že tvoří většinu hmoty galaxií; a přesná měření kosmického mikrovlnného záření na pozadí naznačují, že představuje významný zlomek hustoty vesmíru.

Možné vysvětlení temné hmoty pochází z částicové fyziky . WIMP ( Weakly Interacting Massive Particle ) je obecný termín pro hypotetické částice, které interagují pouze slabou jadernou a gravitační silou . Tato teorie naznačuje, že naše galaxie je obklopena temnou halo těchto částic. EDELWEISS je jedním z řady experimentů hledání temné hmoty zaměřených na přímou detekci temné hmoty WIMP detekcí elastického rozptylu WIMP mimo atom v detektoru částic. Protože rychlost interakce je tak nízká, vyžaduje to citlivé detektory, dobrou diskriminaci pozadí a hluboké podzemní místo (aby se snížilo pozadí z kosmického záření ).

Experiment

EDELWEISS se nachází v modanské podzemní laboratoři, v silničním tunelu Fréjus mezi Francií a Itálií, pod 1800 m skály. 20cm olověný štít snižuje gama pozadí a polyetylenový štít snižuje tok neutronů . Všechny materiály v blízkosti detektorů jsou testovány na rentgenovou čistotu. K chlazení detektorů se používá ředicí chladnička, která je postavena v opačné orientaci než většina přístrojů, přičemž detektory jsou nahoře a chladicí mechanismus dole.

EDELWEISS používá vysoce čisté germania kryogenní bolometry chlazené na 20 milikelvin nad absolutní nulou. Tyto fononové a ionizační signály produkované interakce částic se měří. To umožňuje odmítnout události pozadí, protože události zpětného rázu jaderné (produkované interakcemi WIMP nebo neutrony) produkují mnohem méně ionizace než události zpětného rázu elektronové (produkované alfa, beta a gama zářením). Detektory jsou podobné detektorům používaným v experimentu CDMS . Současná detekce ionizace a tepla pomocí polovodičů při nízké teplotě byla originální myšlenkou Lawrencea M. Krausse , Marka Srednickiho a Franka Wilczka .

Hlavním omezením prvních detektorů byl problém povrchových událostí. Kvůli neúplnému sběru náboje nedala interakce částic v blízkosti povrchu krystalu žádný ionizační signál, takže zpětné rázy elektronů v blízkosti povrchu mohly být zaměněny za jaderné zpětné rázy. Aby se tomu zabránilo, vyvinula spolupráce nové detektory s interdigitovanými elektrodami. Na řadu elektrod se aplikuje různá napětí, takže směr elektrického pole je v blízkosti povrchu krystalu odlišný, což umožňuje odmítnout více než 99,5% povrchových událostí.

Výsledek

Obr. Výsledky EDELWEISS I. S vyloučením prostoru parametrů CDMS od roku 2004. Výsledek DAMA je umístěn v zelené oblasti a není povolen.

Výsledky z první fáze experimentu ( EDELWEISS I ) byly publikovány v roce 2005, s výjimkou temné hmoty WIMP s průřezem interakce výše ≈10 −6   pb (při ≈85 GeV).

EDELWEISS-II běžel v letech 2009–10 s 10 detektory, tj. 4 kg hmotnosti detektoru (pro celkovou efektivní expozici 384 kg · d ) omezující vysokou a nízkou hmotnost WIMP a os. Průřez 4,4 × 10 −8  pb je vyloučeno při 90% CL pro hmotnost WIMP 85 GeV. (Těsně nad předpokládanými výsledky CDMS na obrázku A.)

EDELWEISS-III měl 40 detektorů. EDELWEISS-III provedl první vědecký běh 2014-2015 s výsledky publikovanými v roce 2016.

Projekční práce EURECA budou pokračovat v provozu i po běhu EDELWEISS-III. Plánuje se, že EURECA začne fungovat po roce 2017.

Spolupráce

EDELWEISS je spoluprací následujících členských institucí:

CEA - Commissariat à l'Énergie Atomique

  • IRFU - Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers
  • IRAMIS - Institut Rayonnement Matière de Saclay

CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique

  • CSNSM - Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse, Orsay
  • IPNL - Institut de Physique Nucléaire de Lyon
  • Institut NÉEL, Grenoble
  • IAS - Institut d'Astrophysique Spatiale, Paříž

Instituce mimo Francii

Reference

externí odkazy