EKSPERIMENTI DAMA IN CDMS 26.11.2008 Gregor Bregar

Meritve kroženja zvezd in plina v galaksijah Meritve rotacijskih hitrosti medzvezdnega plina za galaksijo NGC 6503: temna snov zvezde plin galaksija Radij (kpc) Gostota temne snovi je izračunljiva, njena hitrostna porazdelitev pa ne.

Merjenje trkov delcev temne snovi - Ocena povprečne velikosti hitrosti delcev temne snovi v našem osončju, merjeno glede na galaktični center, je primerljiva s hitrostjo sonca, 200 km/s. Hitrost, s katero trčijo delci v detektor, je do okvirno 200 – 400 km/s. Vpadni tok delcev se zaradi Zemljinega gibanja okoli Sonca modulira:

Zahteve na izmerjeni signal Modulacija se pojavi le pri energijah odbitega jedra do približno 30 keV. Modulacija ima sinusno obliko s periodo 1 leto in tako fazo, da maksimum nastopi okoli 2. junija. Zaščita pred motečimi trki Izvori motečih trkov/ zaščitni ukrepi Kozmični žarki / podzemni detektor Gama žarki in nevtroni iz okolja / moderator in svinčen ščit Naravna radioaktivnost detektorjev in ščitov pred sevanjem / uporaba visoko čistih materialov brez radiokativnih primesi

Predstavitev eksperimenta DAMA/LIBRA (DArk MAtter, Large sodium Iodine Bulk for RAre processes) - Eksperiment poteka v rudniku v Gran Sassu. - Prva ideja eksperimenta DAMA/LIBRA je bila predlagana 1996. Eksperiment zbira podatke od septembra 2003. - Izmerili so ~10000 dogodkov, ki kažejo letno modulacijo. Signal ustreza ustreza zahtevam signala temne snovi. - Jedro eksperimenta je scintilator 250 kg NaI(Tl)=5X5 9.7 kg.

Kratek opis eksperimenta

Rezultati eksperimenta

Rezultati eksperimenta

Rezultati eksperimenta - Celotna ekspozicija je 0.53 tona x leto. Merili so 3.5 let. Število dogodkov pri energijah 2-14 keV je 1 /dan/kg/keV, ko so odstranili dogodke, ki bi lahko imeli običajen izvor. Opazna je modulacija v številu sunkov na enoto časa in energije v intervalu 2-6 keV: Rezultati prilagajanja z vsemi tremi prostimi parametri dajo: A=0.0131±0.0016 cpd/kg/keV, perioda je T=0.998±0.003 leta, t0=144 ± 8 dan, kjer t=0 pomeni 1. januar; 2.6. bi pomenilo t0=152 dan. Število vseh sunkov, ki kažejo periodičnost in se nahajajo nad povprečjem, znaša 10000. Verjetnost, da je modulacija naključna je < 10-3.

Rezultati eksperimenta Podatki za število sunkov na enoto časa in energije brez povprečja, izprojicirano v enoletni cikel pri intervalu energije 2-6 keV: Podatki za interval energije 6-14 kev Opazimo, da je modulacija prisotna le pri nizkih energijah. Eksperiment je zajemal podatke do nekaj MeV. Nikjer ni bila odkrita modulacija.

Izkoristek detektorja za detekcijo nizkoenergijskih fotonov (umerjeno z Am) In posledično trkov temne snovi.

Analiza vseh motenj -Nihanje temperature -Nihanje radioaktivnega ozadja -Nihanje v koncentraciji termičnih in hitrih nevtronov -Nihanje koncentracije radona -Nihanje toka mionov -Nihanje šuma elektronike -Nihanje linearnosti (pri določanju energije delcev) detektorjev -Nihanje izkoristka pri prepoznavanju trka temne snovi

Raziskovalna skupina CDMS Criogenic Dark Matter Search -Soudan – Minnesota US -800 m pod zemljo -Zbiranje podatkov: oktober 2006 – julij 2007. -Detektorska masa: 6 kg -Eksperimentalna strategija: Izločiti vse dogodke, ki niso trki temne snovi. Preostali dogodki pripadajo temni snovi. (Ne gledajo letne modulacije.) -Našli niso nobenega trka temne snovi.

Opis eksperimenta - Detektor meri celo energijo odbitega delca (jedra ali elektrona) – bolometer -- in ionizacijo. - 30 detektorjev: 15 Ge (vsak 150 g) in 15 Si (vsak 100 g), vsak je disk premera 7.6 cm in debeline 1 cm. Temperatura delovanja je 40 mK. - Zunanji ščit: baker, svinec, moderator polietilen.

Opis eksperimenta NUCLEAR RECOIL in ELECTRON RECOIL imata različno razmerje med ionizacijo in celo energijo. Diskriminacija 1:104. Površinski dogodki (electron recoil) iz 10μm plasti so težava  oblika pulza problem reši. Diskriminacija 1:106. UMERJANJE: -gama: 133Ba: 3·106 e- recoilov energij 10 - 100 keV -nevtroni 252Cf: 6·105 nuclerar recoilov (število dogodkov med meritvijo temne snovi: 105) DISKRIMINACIJA TRKOV, KI NISO POSLEDIDA TEMNE SNOVI: -razmerje med ionizacijo in celo izmerjeno energijo -kriterij časovnega parametra -zunanji veto scintilator (za hitre nabite delce)

Analiza izvora napak (motenj) - Radioaktivnost naravno prisotnih kontaminantov (največ 210Pb) – electron recoil (Posledično bi lahko vsem opisanim kriterijem ušlo 0.6 ± 0.5 dogodka iz tega naslova.) Nevtroni zaradi kozmičnih mionov: < 0.1 dogodka (Monte Carlo simulacija) Nevtroni iz jedrskih razpadov (meritve + Monte Carlo): < 0.1 dogodka REZULTAT: NOBENEGA DOGODKA