Xenon 10 Einfhrung Dunkle Materie Kandidaten fr DM

Xenon 10 Einführung: -Dunkle Materie -Kandidaten für DM Xenon 10: -Aufbau -Messung -Probleme und Lösungsansätze -erste Ergebnisse Xenon 100: -Überblick Xenon 1000: -Überblick Georg Thome 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

Einführung Georg Thome 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

Einleitung -Flüssiges Xe als Detektormaterial (LXe) -hohe Dichte gute Selbstabschirmung kompakte Detektoren -hohe Massenzahl -Betriebstemperatur „leicht“ zu halten -niedrige Energieschwelle der Rückstoßenergie -gute Ionisations- und Szintillationseigenschaften Georg Thome 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

Ionisationsprozesse Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 10 -direkter Nachweis -Untergrundlabor Gran Sasso Aufbau -Dual-Phasen-Detektor -aktive Masse 15 kg -Abschirmung durch LXe -Baukastenprinzip Georg Thome 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

Xenon 10 -Teilchen tritt in Detektor ein -Szintillation in LXe wird als S 1 erkannt -Ionisation, Elektronen werden beschleunigt im Feld ED -werden extrahiert ins Gas durch E ext -erzeugen Gasentladung Georg Thome 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

Xenon 10 -3 D Rekonstruktion eines Ereignisses möglich -obere PMT‘S bestimmen xy Position -Driftzeit bestimmt z Position WICHTIG -Unterscheidung der Randsignale -Filtern des Hintergrunds Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 10 -“Abschneiden“ des Randes -aktive Masse bestimmen Georg Thome 05. 12. 2008

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 05. 12. 2008

Xenon 10 Kalibration -Justierung durch Co-57 und Cs 137 (Gammaquellen) -durchschnittliche Lichtausbeute Cs-137 1464 pe bei 662 ke. V (2. 2 pe/ke. V) -durchschnittliche Lichtausbeute Co-57 374 pe bei 122 ke. V (3. 1 pe/ke. V) Georg Thome 05. 12. 2008

Am. Be als Neutronenquelle Xenon 10 -durchschnittliche Lichtausbeute Am. Be (0. 7 pe/ke. V) Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 10 -Bestimmung der Energieverteilung -ER Band -NR Band -99, 5% Unterdrückung der Betaund Gammastrahlung unterhalb des NR-Bandes -Detektorschwelle 4. 5 -26. 9 ke. V -S 2 Trigger bei 300 pe Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 10 Georg Thome 05. 12. 2008

Erste Resultate Xenon 10 -58. 6 Tage Aufnahme der Daten -statistischer Fehler des ER-Bandes -WIMP‘s? Rauschen Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 10 + alle Signale nach Softwarefilterung -Randeffekte im aktiven Bereich Höchstwahrscheinlich kein WIMP-Signal Verbesserungen? Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 100 -170 kg LXe (70 kg Targetmasse) -Gammaunterdrückung 10² besser als Xenon 10 -Sensitivität σ ~ 2 x 10 -45 cm² Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 1000 -3 t LXe (1 t Targetmasse) -47 -Sensitivität σ ~ 2 x 10 cm² -bessere Detektormaterialien -Funktionsprinzip ähnlich XENON 10 und XENON 100 Georg Thome 05. 12. 2008

Xenon 1000 Sensitivität (Voraussagen) Georg Thome 05. 12. 2008

Quellen http: //xenon. astro. columbia. edu http: //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