Xenon 10
Einführung:
-Dunkle Materie
Xenon10:
-Aufbau -Messung
-Probleme und Lösungsansätze -Kandidaten für DM
-erste Ergebnisse
Xenon100:
-Überblick
Xenon1000:
-Überblick
Einführung
Dunkle Materie
Rotationsgeschwindigkeiten von Spiralgalaxien, ergeben sich zu
Im innersten der Galaxie v(r)~r Nach Rechnung würde gelten
Ausserhalb der Galaxie v(r)~r^(-1/2) ABER: v(r)~const. schon für kleine Abstände r
-> M~r
v(r)=sqrt(GM/r)
Einführung
Kandidaten
Heisse dunkle Materie -Neutrinos
-würde Top-Down-Szenario erzeugen -geringer Anteil an dunkler Materie Kalte dunkle Materie
-WIMP‘s (Weakly Interacting Massive Particle) -SUSY
-Neutralino
Suche nach Dunkler Materie
-CRESST II -CDMS II
-EDELWEISS
-ZEPLIN II
-direkter Nachweis (elastische Streuung an Targetatomen) -indirekter Nachweis (Annihilation)
Phononen und Ionisation
Phononen und Ionisation
Phononen und Szintillation
Szintillation und Ionisation
-Flüssiges Xe als Detektormaterial (LXe)
-hohe Dichte gute Selbstabschirmung kompakte Detektoren Einleitung
-hohe Massenzahl
-niedrige Energieschwelle der Rückstoßenergie
-gute Ionisations- und
Szintillationseigenschaften -Betriebstemperatur „leicht“
zu halten
-WIMP‘s und Neutronen streuen am Kern -Gamma- und Betastrahlen streuen an der Elektronenhülle
-Unterscheidung von Kernrückstößen (NR) und Elektronenrückstößen (ER) möglich
Streuprozesse
Ionisationsprozesse
Xenon 10
Aufbau
-Abschirmung durch LXe -Dual-Phasen-Detektor -aktive Masse 15 kg -Untergrundlabor Gran Sasso
-Baukastenprinzip -direkter Nachweis
Xenon 10
-Zeitprojektionskammer (TPC) Innere Aufbau
-41 PMT‘s oben (gasphase) und 48 PMT‘s unten (flüssigphase) -homogenes E-Feld
-Abschirmung durch Polyethylen und Blei
-Teilchen tritt in Detektor ein
-Szintillation in LXe wird als S1 erkannt
-Ionisation, Elektronen werden beschleunigt im Feld E
-erzeugen Gasentladung
-werden extrahiert ins Gas durch E
D
ext
Xenon 10
-Szintillation in LXe -Ionisation führt zu Lichtsignalen in GXe Signalerzeugung
-WIMP‘S weniger Ionisation mehr Szintillation
-Gamma‘s mehr Ionisation weniger Szintillation
-Verhältnis lässt Unterscheidung zu
Xenon 10
-3D Rekonstruktion eines Ereignisses möglich
-obere PMT‘S bestimmen xy Position
-Driftzeit bestimmt z Position WICHTIG
-Unterscheidung der Randsignale -Filtern des Hintergrunds
Xenon 10
-“Abschneiden“ des Randes -aktive Masse bestimmen
Xenon 10
Beta und Gamma Hintergrund
-kosmische Strahlung
-U/TH Verunreinigungen der Krypton und Radon
-Reinheit << 1 ppb
Doppelter Betazerfall durch Xe Neutronen Hintergrund
-Kernrückstöße der Neutronen ununterscheidbar von WIMP‘s
-umgebendes Gestein Hintergrund
136
Xenon 10
-Justierung durch Co-57 und Cs- 137 (Gammaquellen)
-durchschnittliche Lichtausbeute Cs-137 1464 pe bei 662 keV (2.2pe/keV)
-durchschnittliche Lichtausbeute Co-57 374 pe bei 122 keV (3.1pe/keV) Kalibration
Xenon 10
AmBe als Neutronenquelle
-durchschnittliche Lichtausbeute AmBe (0.7pe/keV)
Xenon 10
-S2 Trigger bei 300pe
-Detektorschwelle 4.5-26.9 keV
-ER Band -NR Band
-Bestimmung der Energieverteilung
-99,5% Unterdrückung der Beta- und Gammastrahlung unterhalb des NR-Bandes
Xenon 10
Xenon 10
-WIMP‘s?
Erste Resultate
-58.6 Tage Aufnahme der Daten
-statistischer Fehler des ER-Bandes
Xenon 10
+ alle Signale
+ alle Signale nach Softwarefilterung
-Randeffekte im aktiven Bereich
Höchstwahrscheinlich kein WIMP-Signal
Verbesserungen?
Xenon 10
Xenon 100
-170 kg LXe (70kg Targetmasse)
-Gammaunterdrückung 10² besser als Xenon10
-Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²-45
Xenon 1000
-3t LXe (1t Targetmasse) -Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²-47
-bessere Detektormaterialien
-Funktionsprinzip ähnlich XENON10 und XENON100
Sensitivität (Voraussagen)
Xenon 1000
Quellen
http://xenon.astro.columbia.edu http://xenon.brown.edu/
http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~deboer/
http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~feindt/
http://mckinseygroup.physics.yale.edu/
