DarkSide (eksperyment)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

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]

Eksperyment ma służyć poszukiwaniu 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 wytwarzają 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]

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 [dostęp 2014-01-19] (ang.).
  2. a b Peter D.P.D. Meyers Peter D.P.D., CristianoC. Galbiati CristianoC., FrankF. Calaprice FrankF., DarkSide-50: A Direct Search for Dark Matter with New Techniques for Reducing Background, 2008 [dostęp 2014-01-19] (ang.).
  3. H. O.H.O. Back H. O.H.O., F.F. Calaprice F.F., C.C. Condon C.C., E. deE. Haas E. deE., R.R. Ford R.R., C.C. Galbiati C.C., A.A. Goretti A.A., T.T. Hohman T.T., An.A. Inanni An.A., B.B. Loer B.B., D.D. Montanari D.D., A.A. Nelson A.A., A.A. Pocar A.A. i inni, First Large Scale Production of Low Radioactivity Argon From Underground Sources, „{{{czasopismo}}}”, 26 kwietnia 2012, arXiv:1204.6024 [astro-ph.IM] (ang.).
  4. T.T. Alexander T.T., D.D. Alton D.D., K.K. Arisaka K.K., H.O.H.O. Back H.O.H.O., P.P. Beltrame P.P., J.J. Benziger J.J., G.G. Bonfini G.G., A.A. Brigatti A.A., J.J. Brodsky J.J., L.L. Cadonati L.L., F.F. Calaprice F.F., A.A. Candela A.A., H.H. Cao H.H., P.P. Cavalcante P.P., A.A. Chavarria A.A., A.A. Chepurnov A.A., D.D. Cline D.D., A.G.A.G. Cocco A.G.A.G., C.C. Condon C.C., D.D. D’Angelo D.D., S.S. Davini S.S., E. DeE.D. Haas E. DeE.D., A.A. Derbin A.A., G. DiG.D. Pietro G. DiG.D., I.I. Dratchnev I.I., D.D. Durben D.D., A.A. Empl A.A., A.A. Etenko A.A., A.A. Fan A.A., G.G. Fiorillo G.G., K.K. Fomenko K.K., F.F. Gabriele F.F., C.C. Galbiati C.C., S.S. Gazzana S.S., C.C. Ghag C.C., C.C. Ghiano C.C., A.A. Goretti A.A., L.L. Grandi L.L., M.M. Gromov M.M., M.M. Guan M.M., C.C. Guo C.C., G.G. Guray G.G., E. V.E.V. Hungerford E. V.E.V., Al.A. Ianni Al.A., An.A. Ianni An.A., A.A. Kayunov A.A., K.K. Keeter K.K., C.C. Kendziora C.C., S.S. Kidner S.S., V.V. Kobychev V.V., G.G. Koh G.G., D.D. Korablev D.D., G.G. Korga G.G., E.E. Shields E.E., P.P. Li P.P., B.B. Loer B.B., P.P. Lombardi P.P., C.C. Love C.C., L.L. Ludhova L.L., L.L. Lukyanchenko L.L., A.A. Lund A.A., K.K. Lung K.K., Y.Y. Ma Y.Y., I.I. Machulin I.I., J.J. Maricic J.J., C.J.C.J. Martoff C.J.C.J., Y.Y. Meng Y.Y., E.E. Meroni E.E., P.D.P.D. Meyers P.D.P.D., T.T. Mohayai T.T., D.D. Montanari D.D., M.M. Montuschi M.M., P.P. Mosteiro P.P., B.B. Mount B.B., V.V. Muratova V.V., A.A. Nelson A.A., A.A. Nemtzow A.A., N.N. Nurakhov N.N., M.M. Orsini M.M., F.F. Ortica F.F., M.M. Pallavicini M.M., E.E. Pantic E.E., S.S. Parmeggiano S.S., R.R. Parsells R.R., N.N. Pelliccia N.N., L.L. Perasso L.L., F.F. Perfetto F.F., L.L. Pinsky L.L., A.A. Pocar A.A., S.S. Pordes S.S., G.G. Ranucci G.G., A.A. Razeto A.A., A.A. Romani A.A., N.N. Rossi N.N., P.P. Saggese P.P., R.R. Saldanha R.R., C.C. Salvo C.C., W.W. Sands W.W., M.M. Seigar M.M., D.D. Semenov D.D., M.M. Skorokhvatov M.M., O.O. Smirnov O.O., A.A. Sotnikov A.A., S.S. Sukhotin S.S., Y.Y. Suvorov Y.Y., R.R. Tartaglia R.R., J.J. Tatarowicz J.J., G.G. Testera G.G., A.A. Teymourian A.A., J.J. Thompson J.J., E.E. Unzhakov E.E., R.B.R.B. Vogelaar R.B.R.B., H.H. Wang H.H., S.S. Westerdale S.S., M.M. Wojcik M.M., A.A. Wright A.A., J.J. Xu J.J., C.C. Yang C.C., S.S. Zavatarelli S.S., M.M. Zehfus M.M., W.W. Zhong W.W., G.G. Zuzel G.G. i inni, Light yield in DarkSide-10: A prototype two-phase argon TPC for dark matter searches, „Astroparticle Physics”, 49, Elsevier, 2013, s. 44–51, DOI10.1016/j.astropartphys.2013.08.004, arXiv:1204.6218 [astro-ph.IM] (ang.).
  5. CatherineC. Zandonella CatherineC., Welcome to the DarkSide: Project aims to find particles of dark matter, Phys.org, 17 stycznia 2014 [dostęp 2014-01-19] (ang.).