Xenon 10 Einführung: Xenon10: Xenon100: Xenon1000: -Dunkle Materie

Präsentation zum Thema: "Xenon 10 Einführung: Xenon10: Xenon100: Xenon1000: -Dunkle Materie"—  Präsentation transkript:

1 Xenon 10 Einführung: Xenon10: Xenon100: Xenon1000: -Dunkle Materie
-Kandidaten für DM Xenon10: -Aufbau -Messung -Probleme und Lösungsansätze -erste Ergebnisse Xenon100: -Überblick Xenon1000: -Überblick Georg Thome

2 Einführung Dunkle Materie
Rotationsgeschwindigkeiten von Spiralgalaxien, ergeben sich zu v(r)=sqrt(GM/r) Nach Rechnung würde gelten Im innersten der Galaxie v(r)~r Ausserhalb der Galaxie v(r)~r^(-1/2) ABER: v(r)~const. schon für kleine Abstände r -> M~r Georg Thome

3 Einführung Georg Thome

4 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 Georg Thome

5 Suche nach Dunkler Materie
-direkter Nachweis (elastische Streuung an Targetatomen) -indirekter Nachweis (Annihilation) -CDMS II Phononen und Ionisation -EDELWEISS Phononen und Ionisation -CRESST II Phononen und Szintillation -ZEPLIN II Szintillation und Ionisation Georg Thome

6 -Flüssiges Xe als Detektormaterial (LXe)
Einleitung -Flüssiges Xe als Detektormaterial (LXe) gute Selbstabschirmung -hohe Dichte kompakte Detektoren -hohe Massenzahl -Betriebstemperatur „leicht“ zu halten -niedrige Energieschwelle der Rückstoßenergie -gute Ionisations- und Szintillationseigenschaften Georg Thome

7 -WIMP‘s und Neutronen streuen am Kern
Streuprozesse -WIMP‘s und Neutronen streuen am Kern -Gamma- und Betastrahlen streuen an der Elektronenhülle -Unterscheidung von Kernrückstößen (NR) und Elektronenrückstößen (ER) möglich Georg Thome

8 Ionisationsprozesse Georg Thome

9 -Untergrundlabor Gran Sasso
Xenon 10 -direkter Nachweis -Untergrundlabor Gran Sasso Aufbau -Dual-Phasen-Detektor -aktive Masse 15 kg -Abschirmung durch LXe -Baukastenprinzip Georg Thome

10 Xenon 10 Innere Aufbau -Zeitprojektionskammer (TPC) -homogenes E-Feld
-41 PMT‘s oben (gasphase) und 48 PMT‘s unten (flüssigphase) -Abschirmung durch Polyethylen und Blei Georg Thome Georg Thome

11 Xenon 10 -Teilchen tritt in Detektor ein
-Szintillation in LXe wird als S1 erkannt -Ionisation, Elektronen werden beschleunigt im Feld E D -werden extrahiert ins Gas durch E ext -erzeugen Gasentladung Georg Thome

12 Xenon 10 Signalerzeugung -WIMP‘S weniger Ionisation mehr Szintillation
-Gamma‘s mehr Ionisation weniger Szintillation -Szintillation in LXe -Ionisation führt zu Lichtsignalen in GXe -Verhältnis lässt Unterscheidung zu Georg Thome

13 Xenon 10 -3D Rekonstruktion eines Ereignisses möglich
-obere PMT‘S bestimmen xy Position -Driftzeit bestimmt z Position WICHTIG -Unterscheidung der Randsignale -Filtern des Hintergrunds Georg Thome

14 Xenon 10 -“Abschneiden“ des Randes -aktive Masse bestimmen Georg Thome

15 Xenon 10 Hintergrund Beta und Gamma Hintergrund Krypton und Radon
-Reinheit << 1 ppb 136 Doppelter Betazerfall durch Xe Neutronen Hintergrund -Kernrückstöße der Neutronen ununterscheidbar von WIMP‘s -kosmische Strahlung -umgebendes Gestein -U/TH Verunreinigungen der Detektormaterialien Georg Thome

16 Xenon 10 Kalibration -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) Georg Thome

17 Xenon 10 AmBe als Neutronenquelle
-durchschnittliche Lichtausbeute AmBe (0.7pe/keV) Georg Thome

18 Xenon 10 -Bestimmung der Energieverteilung -ER Band -NR Band
-99,5% Unterdrückung der Beta- und Gammastrahlung unterhalb des NR-Bandes -NR Band -Detektorschwelle keV -S2 Trigger bei 300pe Georg Thome

19 Xenon 10 Georg Thome

20 Xenon 10 Erste Resultate -58.6 Tage Aufnahme der Daten -WIMP‘s?
-statistischer Fehler des ER-Bandes -WIMP‘s? Rauschen Georg Thome

21 Xenon 10 + alle Signale + alle Signale nach Softwarefilterung
-Randeffekte im aktiven Bereich Höchstwahrscheinlich kein WIMP-Signal Verbesserungen? Georg Thome

22 Xenon 100 -170 kg LXe (70kg Targetmasse)
-Gammaunterdrückung 10² besser als Xenon10 -Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm² -45 Georg Thome

23 Xenon 1000 -3t LXe (1t Targetmasse) -Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²
-47 -Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm² -bessere Detektormaterialien -Funktionsprinzip ähnlich XENON10 und XENON100 Georg Thome

24 Xenon 1000 Sensitivität (Voraussagen) Georg Thome

25 Quellen http://xenon.astro.columbia.edu http://xenon.brown.edu/
Klapdor-Kleingrothaus, H.; Zuber, K.: Teilchenastrophysik, Teubner Verlag, 1997 Georg Thome