암흑 물질 시간 투영 챔버

Dark Matter Time Projection Chamber

암흑물질 타임 투영 챔버(DMTPC)는 암흑물질의 가장 선호되는 후보 중 하나인 약하게 상호작용하는 거대입자(WIMPs)를 직접 검출하기 위한 실험이다.이 실험은 잠재적인 암흑 물질 사건의 원래 방향을 추출하기 위해 저압 시간 투영실을 사용한다.이번 협업에는 매사추세츠공대(MIT), 보스턴대(BU), 브랜다이스대, 런던 로열 할로웨이대 물리학자들이 참여했다.여러 프로토타입 검출기가 MIT와 BU의 실험실에서 제작되고 시험되었다.이번 협력은 2010년 가을 뉴멕시코주 칼스바드 인근 폐기물 격리 파일럿 플랜트(WIPP) 현장의 지하 실험실에서 첫 번째 데이터를 수집했다.

디텍터 개념

DMTPC 검출기는 저압 CF4 가스로 채워진 TPC로 구성된다.기체에 발생하는 전하 입자는 느려지고 결국 멈추어 자유 전자와 이온화된 분자의 흔적을 남긴다.전자는 전기장에 의해 증폭 영역으로 표류된다.기존의 TPC 설계에서와 같이 MWPC 엔드플레이트를 증폭 및 이벤트 판독에 사용하는 대신, DMTPC 증폭 영역은 높은 전기장을 사이에 두고 구리 양극에서 분리된 금속 와이어 메시로 구성된다.이를 통해 증폭 시 원래 선로의 모양을 보존하기 위해 보다 균일한 전기장이 형성된다.전자의 눈사태는 또한 많은 섬광 빛을 생성하는데, 이것은 철망을 통과한다.이 빛 중 일부는 주 검출기 볼륨 외부에 위치한 CCD 카메라에 의해 수집된다.이로 인해 증폭면에 나타난 트랙의 이온화 신호의 2차원 이미지가 생성된다.검출기 내부의 움직임 방향을 포함하여 충전된 입자에 대한 정보는 CCD 판독값에서 재구성할 수 있다.양극 평면에서 충전 신호를 판독하여 추가 트랙 정보를 얻는다.

이 그룹은 뉴멕시코의 폐기물 격리 파일럿 플랜트 지하에 있는 10-L DMTPC(부피 10리터) 검출기, MIT의 표면 위 4Sh 또는 4Sh 또는 4Sh(부피 20리터) 검출기, 카나리 챔버(부피 1리터 미만)와 같은 다수의 검출기를 구성 및 운용했다.작동되는 모든 검출기는 프로토타입 개발을 위한 것이었다.4슈터 검출기를 WIPP로 옮기는 방안이 있었지만 2014년 2월 WIPP 지하실험실에서 사고가 발생해 이 계획이 실제로 제정됐는지는 알려지지 않았다.

현존하는 가장 큰 프로토타입 검출기는 각각 드리프트 영역 내에 총 20 L의 CF4 가스를 가지고 있으며, 여기서 측정 가능한 사건이 발생한다.이 그룹은 또한 최종적으로 DMTPC m3(일부 소스에서 DMTPCino라고도 함)이라는 1m의3 볼륨을 가진 검출기를 구축할 계획이다.

WIMP 탐지

제안된 암흑 물질 이벤트에서 WIMP는 검출기 볼륨에 들어가 CF의4 원자 중 하나(일반적으로 불소)와 상호작용한다.WIMP가 트랙을 직접 벗어나지는 않지만, 상호작용의 모멘텀 전달은 원자의 반동을 유발하며, 몇 밀리미터의 일반적인 범위를 가진 이온화 트랙이 검출될 수 있다.CF4 가스는 가장 흔한 불소 동위원소 F가 스핀 의존성 WIMP-뉴클레온 산란을 설정하는데 탁월한 표적핵이라고 믿기 때문에 사용된다.만약 반동이온이 충분히 활력이 있다면, 들어오는 WIMP의 방향은 반동의 방향에서 외삽될 수 있다.

은하 중심부를 둘러싼 태양계의 움직임 때문에 많은 물리학자들은 암흑물질 후광을 구성하는 입자들이 대략 시그너스 별자리의 위치에 해당하는 하늘의 특정 방향에서 기인하는 것처럼 보일 것이라고 믿는다.만약 이것이 사실이라면, DMTPC 그룹은 다른 방향 신호를 가지고 있다고 여겨지는 암흑물질 배경이 있는 곳에서도 방향 트랙 정보를 사용하여 암흑물질의 존재를 통계적으로 확인할 수 있기를 희망한다.방향 감도를 가진 저압 TPC 암흑물질 검출기를 개발하는 다른 그룹들로는 DRAFT, NEWAGE, MIMAC 등이 있다.또한 COUPP와 NEWAGE와 같은 암흑물질 검색도 스핀 의존적 상호작용의 주요 표적핵으로 불소를 사용한다.

결과.

DMTPC는 2010년에 지표면 실행의 첫 번째 결과를 발표하여 스핀 의존적인 횡단면 제한을 설정하였다.[1]

참고 항목

참조

  1. ^ Ahlen, S.; Battat, J.B.R.; Caldwell, T.; Deaconu, C.; Dujmic, D.; Fedus, W.; Fisher, P.; Golub, F.; Henderson, S.; Inglis, A.; Kaboth, A.; Kohse, G.; Lanza, R.; Lee, A.; Lopez, J.; Monroe, J.; Sahin, T.; Sciolla, G.; Skvorodnev, N.; Tomita, H.; Wellenstein, H.; Wolfe, I.; Yamamoto, R.; Yegoryan, H. (January 2011). "First dark matter search results from a surface run of the 10-L DMTPC directional dark matter detector". Physics Letters B. 695 (1–4): 124–129. arXiv:1006.2928. Bibcode:2011PhLB..695..124D. doi:10.1016/j.physletb.2010.11.041. S2CID 56067102.

원천

외부 링크