European Underground Rare Event Calorimeter Array

EURECA-logotypen

European Underground Rare Event Calorimeter Array ( EURECA ) är ett planerat sökningsexperiment för mörk materia som använder kryogena detektorer och en absorbatormassa på upp till 1 ton. Projektet kommer att byggas i Modane Underground Laboratory och kommer att sammanföra forskare som arbetar med CRESST- och EDELWEISS -experimenten.

EURECA var en framträdande plats i ASPERA: s färdkarta över Astropartikelfysikexperiment i Europa.

Mörk materia

Mörk materia är ett av de betydande olösta problemen inom modern vetenskap. Det finns avsevärda bevis från astronomi och kosmologi att en betydande del av universums och galaxers massa består av icke-lysande material. Den mörka materiens natur är för närvarande okänd. En populär hypotes är dock att den består av Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), partiklar med en stor massa, men som endast interagerar med vanlig materia genom den svaga kärnkraften , så majoriteten som passerar genom jorden träffar inte en enda atom . Syftet med experiment för sökning av mörk materia som EURECA är att testa denna hypotes genom att söka efter WIMP-interaktioner med mörk materia. WIMPs förutsägs existera av supersymmetriteori , som förutsäger ett brett spektrum av spridningstvärsnitt ner till 10 ⁻¹⁰ pb, vilket motsvarar en interaktionshastighet på ~1 händelse per år i en 1 tons detektor. Befintliga experiment som CRESST och EDELWEISS har redan uteslutit högre interaktionshastigheter, men EURECA kommer att söka ner till denna nedre gräns.

Kryogena sökningar av mörk materia

Kryogena mörk materia-experiment använder partikeldetektorer som arbetar vid millikelvin-temperaturer för att söka efter den elastiska spridningen av WIMPs i en atomkärna. En partikelinteraktion inuti en absorberande kristall kommer att skapa ett stort antal fononer , dessa termaliserar inuti en termometer på kristallytan, som registrerar temperaturökningen. Sådana kryogena detektorer används eftersom de kombinerar en hög känslighet med en låg energitröskel och utmärkt upplösning.

Mörk materia-experiment är lokaliserade i djupa underjordiska laboratorier och använder omfattande skärmning för att minska bakgrundsstrålningsnivåerna från kosmiska strålar . Tidiga experiment begränsades av den kvarvarande bakgrunden på grund av radioaktiva föroreningar nära detektorerna. Därför använde den andra fasen av CRESST och EDELWEISS nya detektorer som kunde särskilja elektronrekylhändelser från nukleära rekyler. Elektronrekyler produceras av alfa- , beta- och gamma -partiklar som står för den stora majoriteten av bakgrundshändelser. WIMPs (och även neutroner) producerar nukleära rekyler. Detta görs genom att mäta en extra signal, som är mycket högre för elektronrekyler än kärnkraftsrekyler. CRESST-detektorer mäter scintillationsljuset som produceras i en CaWO _4- eller ZnWO ₄ -absorberande kristall. EDELWEISS-detektorer mäter joniseringen som produceras i en halvledande germaniumkristall .

EURECA

EURECA kommer att ta denna kryogena detektorteknologi som pionjärer av CRESST och EDELWEISS vidare genom att bygga en 1 ton absorbatormassa som består av ett stort antal kryogena detektormoduler. Experimentet planerar att använda en rad detektormaterial. Detta ger ett sätt att visa om en positiv signal beror på mörk materia, eftersom händelsehastigheten förväntas skala med målkärnornas atommassa . Medan händelsehastigheten från neutroner kommer att vara högre för lättare kärnor.

EURECA-samarbetet inkluderar medlemsinstitutionerna i CRESST , EDELWEISS , och ROSEBUD mörk materia experiment, och några nya medlemmar. Dessa är:

Samarbetets talesman är Gilles Gerbier. Experimentet kommer att byggas i Modane Underground Laboratory, i Fréjus vägtunnel mellan Frankrike och Italien, det djupaste underjordiska laboratoriet i Europa.

FoU-verksamhet

EURECA-forskare är för närvarande involverade i datatagning och analys för CRESST och EDELWEISS. Dessutom pågår olika FoU-aktiviteter kopplade till att skala upp detektortekniken till en 1-tonsskala. Dessa inkluderar:

Kryogenik : EURECA kommer att kräva en massa på ett ton för att kylas till millikelvintemperatur. Detta kommer att göras med hjälp av storskalig kryogen teknologi, som används för att kyla gravitationsvågexperiment och den 27 km långa LHC- acceleratorringen.
Scintillatorer : Forskning bedrivs för att utveckla stora radiorena absorberande kristaller med goda scintillationsegenskaper vid låga temperaturer.
Detektoravläsning: EURECA kommer att kräva hårdvara och mjukvara för att läsa ut signalerna från 1000+ detektorkanaler.

Se även

externa länkar