Xenon 10Einführung:

-Dunkle Materie

Xenon10:-Aufbau

-Messung

-Probleme und Lösungsansätze

-Kandidaten für DM

-erste Ergebnisse

Xenon100: -Überblick

Xenon1000: -Überblick

Georg Thome 05.12.2008

EinführungDunkle 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 05.12.2008

Einführung

Georg Thome 05.12.2008

KandidatenHeisse 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 05.12.2008

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 Ionisation

Phononen und Szintillation

Szintillation und Ionisation

Georg Thome 05.12.2008

-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 05.12.2008

-WIMP‘s und Neutronen streuen am Kern-Gamma- und Betastrahlen streuen an der Elektronenhülle

-Unterscheidung von Kernrückstößen (NR)und Elektronenrückstößen (ER) möglich

Streuprozesse

Georg Thome 05.12.2008

Ionisationsprozesse

Georg Thome 05.12.2008

Xenon 10

Aufbau

-Abschirmung durch LXe

-Dual-Phasen-Detektor

-aktive Masse 15 kg

-Untergrundlabor Gran Sasso

-Baukastenprinzip

-direkter Nachweis

Georg Thome 05.12.2008

Xenon 10

-Zeitprojektionskammer (TPC)

Innere Aufbau

-41 PMT‘s oben (gasphase) und

48 PMT‘s unten (flüssigphase)

-homogenes E-Feld

-Abschirmung durch Polyethylen und Blei

Georg Thome 05.12.2008Georg Thome 05.12.2008

-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 05.12.2008

-Szintillation in LXe

-Ionisation führt zu Lichtsignalen in GXe

Signalerzeugung

-WIMP‘S weniger Ionisation mehr Szintillation-Gamma‘s mehr Ionisation weniger Szintillation

-Verhältnis lässt Unterscheidung zu

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

-3D Rekonstruktion eines Ereignisses möglich

-obere PMT‘S bestimmen xy Position

-Driftzeit bestimmt z Position

WICHTIG

-Unterscheidung der Randsignale

-Filtern des Hintergrunds

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

-“Abschneiden“ des Randes

-aktive Masse bestimmen

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

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 WIMP‘s

-umgebendes Gestein

Hintergrund

136

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

-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)

Kalibration

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

AmBe als Neutronenquelle-durchschnittliche Lichtausbeute AmBe(0.7pe/keV)

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

-S2 Trigger bei 300pe

-Detektorschwelle 4.5-26.9 keV

-ER Band

-NR Band

-Bestimmung der Energieverteilung

-99,5% Unterdrückung der Beta- und Gammastrahlung unterhalb des NR-Bandes

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

-WIMP‘s?

Erste Resultate

-58.6 Tage Aufnahme der Daten

-statistischer Fehler des ER-Bandes

Rauschen

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

+ alle Signale

+ alle Signale nach Softwarefilterung

-Randeffekte im aktiven Bereich

Höchstwahrscheinlich kein WIMP-Signal

Verbesserungen?

Xenon 10

Georg Thome 05.12.2008

Xenon 100

-170 kg LXe (70kg Targetmasse)

-Gammaunterdrückung 10² besser als Xenon10

-Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²-45

Georg Thome 05.12.2008

Xenon 1000

-3t LXe (1t Targetmasse)

-Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm²-47

-bessere Detektormaterialien

-Funktionsprinzip ähnlich XENON10 und XENON100

Georg Thome 05.12.2008

Sensitivität (Voraussagen)

Xenon 1000

Georg Thome 05.12.2008

Quellen

http://xenon.astro.columbia.eduhttp://xenon.brown.edu/http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~deboer/http://www-ekp.physik.uni-karlsruhe.de/~feindt/http://mckinseygroup.physics.yale.edu/Klapdor-Kleingrothaus, H.; Zuber, K.: Teilchenastrophysik, Teubner Verlag, 1997

Georg Thome 05.12.2008