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Xenon 10Einführung: -Dunkle Materie
Xenon10:-Aufbau-Messung-Probleme und Lösungsansätze
-Kandidaten für DM
-erste ErgebnisseXenon100: -ÜberblickXenon1000: -Überblick
Georg Thome 05.12.2008
EinführungDunkle 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)
Georg Thome 05.12.2008
Einführung
Georg Thome 05.12.2008
KandidatenHeisse dunkle Materie
-Neutrinos
-würde Top-Down-Szenario erzeugen-geringer Anteil an dunkler Materie
Kalte dunkle Materie
-WIMP‘s (Weakly Interacting Massive Particle)-SUSY -Neutralino
Georg Thome 05.12.2008
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
Georg Thome 05.12.2008
-Flüssiges Xe als Detektormaterial (LXe)
-hohe Dichte gute Selbstabschirmungkompakte Detektoren
Einleitung
-hohe Massenzahl
-niedrige Energieschwelle der Rückstoßenergie
-gute Ionisations- und Szintillationseigenschaften
-Betriebstemperatur „leicht“ zu halten
Georg Thome 05.12.2008
-WIMP‘s und Neutronen streuen am Kern-Gamma- und Betastrahlen streuen an der Elektronenhülle
-Unterscheidung von Kernrückstößen (NR)und Elektronenrückstößen (ER) möglich
Streuprozesse
Georg Thome 05.12.2008
Ionisationsprozesse
Georg Thome 05.12.2008
Xenon 10
Aufbau
-Abschirmung durch LXe
-Dual-Phasen-Detektor
-aktive Masse 15 kg
-Untergrundlabor Gran Sasso
-Baukastenprinzip
-direkter Nachweis
Georg Thome 05.12.2008
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
Georg Thome 05.12.2008Georg Thome 05.12.2008
-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 ED
ext
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
-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
Georg Thome 05.12.2008
-3D Rekonstruktion eines Ereignisses möglich
-obere PMT‘S bestimmen xy Position
-Driftzeit bestimmt z Position
WICHTIG
-Unterscheidung der Randsignale-Filtern des Hintergrunds
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
-“Abschneiden“ des Randes-aktive Masse bestimmen
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
Beta und Gamma Hintergrund
-kosmische Strahlung
-U/TH Verunreinigungen der Detektormaterialien
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
Georg Thome 05.12.2008
-Justierung durch Co-57 und Cs-137 (Gammaquellen)
-durchschnittliche Lichtausbeute Cs-137 1464 pe bei 662 keV (2.2pe/keV)
-durchschnittliche Lichtausbeute Co-57374 pe bei 122 keV (3.1pe/keV)
Kalibration
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
AmBe als Neutronenquelle-durchschnittliche Lichtausbeute AmBe(0.7pe/keV)
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
-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
Georg Thome 05.12.2008
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
-WIMP‘s?
Erste Resultate
-58.6 Tage Aufnahme der Daten
-statistischer Fehler des ER-Bandes
Rauschen
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
+ alle Signale
+ alle Signale nach Softwarefilterung
-Randeffekte im aktiven Bereich
Höchstwahrscheinlich kein WIMP-Signal
Verbesserungen?
Xenon 10
Georg Thome 05.12.2008
Xenon 100
-170 kg LXe (70kg Targetmasse)
-Gammaunterdrückung 10² besser als Xenon10
-Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²-45
Georg Thome 05.12.2008
Xenon 1000
-3t LXe (1t Targetmasse)
-Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²-47
-bessere Detektormaterialien
-Funktionsprinzip ähnlich XENON10 und XENON100
Georg Thome 05.12.2008
Sensitivität (Voraussagen)
Xenon 1000
Georg Thome 05.12.2008
Quellen
http://xenon.astro.columbia.eduhttp://xenon.brown.edu/http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~deboer/http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~feindt/http://mckinseygroup.physics.yale.edu/Klapdor-Kleingrothaus, H.; Zuber, K.: Teilchenastrophysik, Teubner Verlag, 1997
Georg Thome 05.12.2008