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

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Präsentation zum Thema: "Xenon 10 Einführung: -Dunkle Materie Xenon10: -Aufbau -Messung -Probleme und Lösungsansätze -Kandidaten für DM -erste Ergebnisse Xenon100: -Überblick Xenon1000:"—  Präsentation transkript:

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

2 Einführung Dunkle 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

3 Einführung Georg Thome

4 Kandidaten Heisse dunkle Materie -Neutrinos -würde Top-Down-Szenario erzeugen -geringer Anteil an dunkler Materie Kalte dunkle Materie -WIMPs (Weakly Interacting Massive Particle) -SUSY -Neutralino Georg Thome

5 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 Szintillation Szintillation und Ionisation Georg Thome

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

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

8 Ionisationsprozesse Georg Thome

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

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

11 -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 E D ext Xenon 10 Georg Thome

12 -Szintillation in LXe -Ionisation führt zu Lichtsignalen in GXe Signalerzeugung -WIMPS weniger Ionisation mehr Szintillation -Gammas mehr Ionisation weniger Szintillation -Verhältnis lässt Unterscheidung zu Xenon 10 Georg Thome

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

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

15 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 WIMPs -umgebendes Gestein Hintergrund 136 Xenon 10 Georg Thome

16 -Justierung durch Co-57 und Cs- 137 (Gammaquellen) -durchschnittliche Lichtausbeute Cs pe bei 662 keV(2.2pe/keV) -durchschnittliche Lichtausbeute Co pe bei 122 keV (3.1pe/keV) Kalibration Xenon 10 Georg Thome

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

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

19 Xenon 10 Georg Thome

20 -WIMPs? Erste Resultate Tage Aufnahme der Daten -statistischer Fehler des ER-Bandes Rauschen Xenon 10 Georg Thome

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

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

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

24 Sensitivität (Voraussagen) Xenon 1000 Georg Thome

25 Quellen Klapdor-Kleingrothaus, H.; Zuber, K.: Teilchenastrophysik, Teubner Verlag, 1997 Georg Thome


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