DarkSide (eksperyment)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

DarkSide – międzynarodowy zespół naukowy, którego celem jest odkrycie ciemnej materii, przy założeniu że składa się ona z ciężkich i słabo oddziałujących cząstek elementarnych (WIMP). Zespół planuje w tym celu budowę serii coraz większych detektorów wypełnionych ciekłym argonem. Detektory te umieszczone będą w podziemnej części Narodowego Laboratorium Gran Sasso pod masywem Gran Sasso d'Italia we Włoszech.

W skład zespołu wchodzą naukowcy z USA, Włoch, Rosji, Polski, Ukrainy i Chin[1].

Technika eksperymentalna[edytuj | edytuj kod]

Eksperyment poszukuje przypadków zderzeń cząstek ciemnej materii z jądrami atomów argonu. Zderzenie takie spowoduje odrzut jądra z pędem kilkudziesięciu keV. Poruszające się w ciekłym argonie jądro spowoduje jonizację kolejnych atomów argonu. Jonizacja ta wykrywana jest na dwa sposoby: przez detekcję światła scyntylacyjnego i przez bezpośrednią detekcję elektronów. Elektrony które nie zrekombinowały z jonami argonu dryfują w wytworzonym w detektorze polu elektrycznym trafiając w końcu do obszaru z gazowym argonem gdzie, rozpędzone przez pole elektryczne, produkują wtórne scyntylacje. Niezależny pomiar liczby fotonów z pierwotnej scyntylacji i elektronów pozwala na wyznaczenie energii kinetycznej jądra i jednocześnie na odróżnienie przypadków tła – jonizacji wywołanej przez promieniotwórczość β lub γ[2]. Zarazem pomiar miejsca detekcji elektronów i czasu ich dryfu pozwala na dokładne zlokalizowanie punktu oddziaływania w detektorze (na zasadzie komory projekcji czasowej).

Dla zminimalizowania tła od promieniowania kosmicznego i neutronów pochodzących z naturalnej promieniotwórczości skał, cały detektor będzie zamknięty w zbiorniku z ciekłym scyntylatorem, a ten z kolei w zbiorniku z wodą. Daje to możliwość zaobserwowania i odrzucenia przypadków, w których cząstka z zewnątrz mogła się dostać do detektora.

Naturalny argon zawiera niewielką domieszkę promieniotwórczego izotopu 39Ar. Izotop ten, o czasie połowicznego zaniku wynoszącym 269 lat produkowany jest w górnych warstwach atmosfery przez promieniowanie kosmiczne. Aby zredukować tło z tego źródła planowane jest użycie argonu ekstrahowanego z głębokich odwiertów, zawierającego sto razy mniej izotopu 39Ar niż argon atmosferyczny[3].

Historia[edytuj | edytuj kod]

Eksperyment został formalnie zaproponowany w roku 2008 przez grupę amerykańskich uczelni i laboratoriów[2]. W roku 2011 uruchomiony został prototypowy detektor DarkSide-10, którego celem było przetestowanie koncepcji detektora, pomiary czułości i wielkości sygnału[4]. Od listopada 2013 rozpoczęło się zbieranie danych przez detektor DarkSide-50, zawierający 50 kg ciekłego argonu[5]. Detektor ten będzie zbierał dane przez co najmniej 3 lata. Jednocześnie planowana jest budowa większego detektora, o masie kilku ton.

Przypisy

  1. The DarkSide Collaboration (ang.). [dostęp 2014-01-19].
  2. 2,0 2,1 Peter D. Meyers, Cristiano Galbiati, Frank Calaprice: DarkSide-50: A Direct Search for Dark Matter with New Techniques for Reducing Background (ang.). 2008. [dostęp 2014-01-19].
  3. H. O. Back et al, First Large Scale Production of Low Radioactivity Argon From Underground Sources, arXiv:1204.6024 (ang.)
  4. T. Alexander et al. Light yield in DarkSide-10: A prototype two-phase argon TPC for dark matter searches. „Astroparticle Physics”. 49, s. 44–51, 2013. Elsevier. doi:10.1016/j.astropartphys.2013.08.004.  arXiv:1204.6218 (ang.)
  5. Catherine Zandonella: Welcome to the DarkSide: Project aims to find particles of dark matter (ang.). Phys.org, 2014-01-17. [dostęp 2014-01-19].