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EDELWEISS(Expérience pour DEtecter Les WIMPs En Site Souterrain)는 프랑스 모다네 지하 연구소에 위치한 암흑 물질 탐색 실험이다.이 실험은 극저온 검출기를 사용하여 게르마늄 결정에서 입자 상호작용에 의해 생성되는 포논과 이온화 신호를 모두 측정한다.이 기법은 핵반동 사건을 전자반동 사건과 구별할 수 있도록 한다.

EURECA 프로젝트는 EDELWEISS와 CRESST 암흑 물질 탐색 연구자들이 참여하는 미래 암흑 물질 실험이다.

암흑 물질

암흑 물질은 빛을 방출하거나 흡수하지 않는 물질이다.나선은하의 회전 곡선을 측정한 결과 은하 질량의 대부분을 차지하고 있음을 알 수 있으며, 우주 마이크로파 배경 방사선의 정밀 측정은 우주 밀도의 상당 부분을 차지하고 있음을 알 수 있다.

암흑물질에 대한 가능한 설명은 입자물리학에서 나온다.WIMP(Weakly Interactiving Massive Particle)는 약한 핵력과 중력을 통해서만 상호작용하는 가상의 입자를 총칭하는 말이다.이 이론은 우리 은하가 그러한 입자의 어두운 후광에 둘러싸여 있음을 암시한다.EDELWEISS는 입자 검출기 내에서 원자로부터 WIMP의 탄성 산란을 검출함으로써 WIMP 암흑물질을 직접 검출하는 것을 목표로 하는 여러 암흑물질 탐색 실험 중 하나이다.교호작용률이 워낙 낮기 때문에 민감한 검출기, 좋은 배경 차별, 깊은 지하(우주광선의 배경을 줄이기 위해)가 필요하다.

실험

EDELWEISS는 모다네 지하 실험실, 프랑스와 이탈리아 사이의 프레주스 도로 터널에 위치해 있으며, 암석 1800m 이하에 위치하고 있다.20cm 리드 실드는 감마배경을 감소시키고, 폴리에틸렌 실드는 중성자속을 감소시킨다.검출기에 가까운 모든 물질은 방사선을 검사한다.희석 냉장고는 검출기를 냉각하는데 사용되며, 검출기가 상부에 있고 아래의 냉각 메커니즘이 있는 대부분의 계측기와 반대 방향으로 제조된다.

EDELWEISS는 절대 0보다 높은 20밀리켈빈으로 냉각된 고순도 게르마늄 극저온도계를 사용한다.입자 상호작용에 의해 생성되는 포논과 이온화 신호를 측정한다.이를 통해 핵반동 사건(WIMP 또는 중성자 상호작용에 의해 생산됨)이 전자반동 사건(알파, 베타 및 감마선에 의해 생산됨)보다 훨씬 적은 이온화를 생성함에 따라 배경 사건들은 거부될 수 있다.검출기는 CDMS 실험에서 사용하는 것과 유사하다.저온에서 반도체를 이용한 이온화·열 동시 검출은 로렌스 M. 크라우스, 마크 스레드니키, 프랭크 윌크제크의 독창적인 발상이었다.^[1]

초기 검출기의 주요 제한사항은 표면 사건의 문제였다.불완전한 전하 채집 때문에 결정 표면 근처의 입자 상호작용은 이온화 신호를 주지 않았기 때문에 표면 근처의 전자 반동은 핵 반동으로 오인될 수 있었다.이를 피하기 위해 협업은 디지타이즈된 전극을 가진 새로운 검출기를 개발했다.일련의 전극에 서로 다른 전압을 가하기 때문에 결정 표면 근처에서 전기장의 방향이 달라 표면 이벤트의 99.5% 이상이 거부될 수 있다.^[2]

결과.

그림 A. EDELWEISS I 결과.2004년 현재 CDMS 매개변수 공간이 제외되었다.DAMA 결과는 녹색 영역에 위치하며 허용되지 않는다.

1단계 실험(EDELWEISS I)의 결과는 2005년에 발표되었으며, 교호작용 단면이 10⁻⁶ pb(85 GeV) 이상인 WIMP 암흑물질을 제외하였다.^[3]^{: Fig 15}

EDELWEISS-II는 2009–10년 10회 검출기로, 즉 고중량^[4]^{: Fig 5} 및 저중량 WIMP와 ^[5]차축을 제한하는 검출기 질량(총 유효 노출 384 kg·d)^[4] 4 kg으로 실행했다.^[6]85 GeV의 WIMP 질량에 대해 C.L. 90%에서 4.4×10⁻⁸ pb의 단면을 제외한다(그림 A의 예상 CDMS 결과 바로 위).

EDELWEISS-III는 40개의 탐지기를 가지고 있었다.^[6]EDELWEISS-III는 2016년에 결과를 발표하면서 2014-2015년 최초의 과학 실행을 실시했다.

EURECA 설계 작업은 EDELWEISS-III가 실행된 후에도 계속 운영될 것이다.EURECA는 2017년 이후 본격 가동에 들어갈 계획이다.

협업

EDELWEISS는 다음과 같은 회원 기관의 협업이다.

CEA – Commissarity á L'énergie Atomique

IRFU - 연구소(Institut de Recherche sur les Lois Fondomicales de l'Universals)
IRAMIS - Rayonnement Matiere de Saclay 연구소

CNRS – 센터 내셔널 드 라 레커슈 사이언티픽

CSNSM - Centre de Spectrométrie Nucleéaire et de Spectrométrie de Mass, Orsay
IPNL - 체격 Nucleéaire de Lyon
NEEL 연구소, 그르노블
IAS - 파리시 다스트로피시크 스페iale 연구소

프랑스 외 지역 기관

독일 칼스루에 우니베르시테트
독일 카를스루헤 포르충센툼
JINR – 러시아 더블나 원자력 연구 공동 연구소
옥스퍼드 대학교

참조

^ Krauss, L.; Srednicki, M.; Wilczek, F. (1986). "Solar System Constraints and Signatures for Dark Matter Candidates". Physical Review D. 33 (8): 2079–2083. Bibcode:1986PhRvD..33.2079K. doi:10.1103/PhysRevD.33.2079. PMID 9956878.
^ Juillard, A. (2008). "Status of the EDELWEISS-II Experiment". Journal of Low Temperature Physics. 151 (3–4): 806–811. Bibcode:2008JLTP..151..806J. doi:10.1007/s10909-008-9742-5. S2CID 123956512.
^ Sanglard, V.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2005). "Final results of the EDELWEISS-I dark matter search with cryogenic heat-and-ionization Ge detectors". Physical Review D. 71 (12): 122002. arXiv:astro-ph/0503265. Bibcode:2005PhRvD..71l2002S. doi:10.1103/PhysRevD.71.122002. S2CID 119449115.
^ ^a ^b Armengaud, E.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2011). "Final results of the EDELWEISS-II WIMP search using a 4-kg array of cryogenic germanium detectors with interleaved electrodes". Physics Letters B. 702 (5): 329–335. arXiv:1103.4070. Bibcode:2011PhLB..702..329E. doi:10.1016/j.physletb.2011.07.034. S2CID 118504484.
^ Armengaud, E.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2012). "A search for low-mass WIMPs with EDELWEISS-II heat-and-ionization detectors". Physical Review D. 86 (5): 051701. arXiv:1207.1815. Bibcode:2012PhRvD..86e1701A. doi:10.1103/PhysRevD.86.051701. S2CID 119225855.
^ ^a ^b Armengaud, E.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2013). "Axion searches with the EDELWEISS-II experiment". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2013 (11): 067. arXiv:1307.1488. Bibcode:2013JCAP...11..067A. doi:10.1088/1475-7516/2013/11/067. S2CID 118510427.

외부 링크

[Krauss-1] Krauss, L.; Srednicki, M.; Wilczek, F. (1986). "Solar System Constraints and Signatures for Dark Matter Candidates". Physical Review D. 33 (8): 2079–2083. Bibcode:1986PhRvD..33.2079K. doi:10.1103/PhysRevD.33.2079. PMID 9956878.

[2] Juillard, A. (2008). "Status of the EDELWEISS-II Experiment". Journal of Low Temperature Physics. 151 (3–4): 806–811. Bibcode:2008JLTP..151..806J. doi:10.1007/s10909-008-9742-5. S2CID 123956512.

[Sanglard2005-3] Sanglard, V.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2005). "Final results of the EDELWEISS-I dark matter search with cryogenic heat-and-ionization Ge detectors". Physical Review D. 71 (12): 122002. arXiv:astro-ph/0503265. Bibcode:2005PhRvD..71l2002S. doi:10.1103/PhysRevD.71.122002. S2CID 119449115.

[Armengaud2011-4] Armengaud, E.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2011). "Final results of the EDELWEISS-II WIMP search using a 4-kg array of cryogenic germanium detectors with interleaved electrodes". Physics Letters B. 702 (5): 329–335. arXiv:1103.4070. Bibcode:2011PhLB..702..329E. doi:10.1016/j.physletb.2011.07.034. S2CID 118504484.

[Armengaud2012-5] Armengaud, E.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2012). "A search for low-mass WIMPs with EDELWEISS-II heat-and-ionization detectors". Physical Review D. 86 (5): 051701. arXiv:1207.1815. Bibcode:2012PhRvD..86e1701A. doi:10.1103/PhysRevD.86.051701. S2CID 119225855.

[Armengaud2013-6] Armengaud, E.; et al. (EDELWEISS Collaboration) (2013). "Axion searches with the EDELWEISS-II experiment". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2013 (11): 067. arXiv:1307.1488. Bibcode:2013JCAP...11..067A. doi:10.1088/1475-7516/2013/11/067. S2CID 118510427.

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