Файл: Вселенная и Темная материя.docx

Рис. 17: Финальная установка EDELWEISS-III. [24]

2. 1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   16

---

DAMA/LIBRA

DAMA (DArk MAtter) — это обсерватория для редких процессов (таких как WIMP прямого обнаружения, процессы ββ распада, процессы нарушения запрета Паули, нуклонная нестабильность, поиск солнечных аксионов и другая экзотика) на основе развития и использования различных сцинтилляторов. DAMA включает в себя около полутра десятков низкофоновых установок, расположенных в 100 км от Рима глубоко в толще горы Гран-Сассо (Gran Sasso), в одноименной лаборатории, принадлежащей итальянскому национальному институту ядерной физики (INFN). Этот проект также являлся пионером в исследовании частиц темной материи в галактическом гало.

Перечислим основные установки DAMA [30]:


•
DAMA / NaI (∼100 кг NaI (Tl)), который собирал данные под землей в течение семи годовых циклов и был выведен из эксплуатации в июле 2002 года.

• 
  DAMA / LXE (∼6.5 кг жидкого ксенона, обогащенного либо ¹²⁹Xe или ¹³⁶Xe).
  

•
DAMA / R&D, которая посвящена испытаниям прототипов и относительно ма- ломасштабных экспериментов.

---

•
DAMA / Ge, используется в LNGS(Laboratori Nazionali del Gran Sasso) c объ- ектом из германия для выборочных измерений и маломасштабных эксперимен- тов.


•
DAMA / CRYS, небольшая установка использующаяся для проверки прототи- пов и претендовать на детекторы.


•
DAMA / LIBRA (∼250 кг сверхчистого NaI(Tl)) — второе поколение установок DAMA. Введена в эксплуатацию в марте 2003. Собирала данные на протяжении 7 лет до 2010 г, в рамках первой фазы (DAMA / LIBRA-phase1). Результаты были представлены в 2008, 2010 и окончательные в августе 2013. Осенью 2010 была проведена модернизация установки и эксперимент вошел во вторую фазу (DAMA / LIBRA-phase2), который проводят до сих пор.

Далее мы более подробно рассмотрим установку последнего поколения экспери- ментов данной обсерватории — DAMA / LIBRA.

Идея эксперимента

Целью эксперимента DAMA / LIBRA (Large sodium Iodide Bulk for RAre processes) являет поиск частиц ТМ, а именно, самого вероятного кандидата — вимпа.

Согласно гипотезам, если вимпы и существуют, то они должны быть практически повсюду в нашей галактике, формируя “вимповое облако”. Таким образом, наша сол- нечная система, вращаясь вокруг центра галактики со скоростью порядка 200 км/сек, должна ощущать встречный “вимповый

---

ветер”. Но нельзя забывать также, что и на- ша планета вращается вокруг Солнца со скоростью 30 км/сек, поэтому этот вимповый ветер будет то сильнее, то слабее, в зависимости от годичного цикла (Рис.18).



Рис. 18: Схематическое представление вращения Земли вокруг Солнца . [31]

Сами вимпы, как уже отмечалось выше, очень редко взаимодействуют с барион- ным веществом. Однако, изредка столкновения между атомами барионной материи и вимпами все же происходит. Результатом такого взаимодействия может быть либо пе- редача импульса, либо выбивание электрона, что в свою очередь вызовет испускание фотонов, которые нетрудно зарегистрировать.

Именно за такими редкими годичными вспышками и охотятся участники экспери- мента DAMA / LIBRA. Стоит отметить что в предшествующем эксперимента DAMA

/ NaI были уже обнаружены колебания частоты вспышек, что было интерпретировано участниками эксперимента как вимпы, однако научное сообщество довольно скептич- но отнеслось к этим данным, ввиду больших погрешностей.


Рис. 19: Схематический вид пассивного щита аппарата DAMA / LIBRA . За предела- ми рисунка аппарат окружен

---

еще слоем камня в 1 м. [31]

Экспериментальная установка

В качестве материала мишени был выбран монокристаллический йодистый натрий, активированный таллием (сцинтиллятор NaI(Tl)), который имеет ряд достоинств, сре- ди которых [32]: 1) хорошо известная технология изготовления; 2) широкий массовый диапазон регистрации; 3) устойчивость к высоким нагрузкам; 4) процедура калибров- ки осуществима вплоть до кэВ в рабочих условиях; 5) удобный способ эксплуатации и мониторинга; 6) отсутствие микрофонных шумов; 7) высокий световыход — на об- разование одного фотона в нем затрачивается около 25 эВ [36]; 8) нет необходимости повторной очистки или охлаждения / нагревания перед процедурой (что предполагает высокую воспроизводимость, высокую стабильность, и т.д.); 9) относительно неболь- шие размеры детектора; 10) возможна дискриминация сигнала по форме импульса;

11) экологический чистый; 12) возможность эффективного исследования годовых мо- дуляций во всех интересующих аспектах; 13) высокая чувствительность к кандида- там вимп со спин-независимы (SI), спин-зависимым (SD) и смешанным (SI&SD);

14) сцинтилляционные кристаллы

---