Файл: Курсовая работа студента 215 группы Курбанова А. Т. Научный профессор Капитонов И. М. Москва 2015 Содержание.pdf

Результаты эксперимента.
Мы кратко ознакомимся с результатами эксперимента DAMA / LIBRA-phase1 и не будем вдаваться в глубокий анализ. Для интересующихся, с подробным анализом мож- но ознакомиться в [34, 33].
На рис.22 представлена суммарная статистика экспериментов DAMA / NaI и DAMA
/ LIBRA в энергетическом интервале 2-6 кэВ для одиночных ударов
4
. На график на- ложена синусоидальная кривая, со следящими параметрами:
f (t) = A cos ω(t − t
0
),
t
0
= 152.5
сут.,
T =
2π
ω
= 1
г.;
где A — амплитуда модуляции, полученная по лучшему расчету за 13 годовых циклов.
Гипотеза об отсутствии модуляции данных могут быть отброшены [37, 38]. После со- ответствующей модуляции и для периода, а также с учетом тех интервалов, в которых ожидается появление частиц ТМ, мы получим следующее [35]:
A = (0.0116 ± 0.0013)
чос/кг/кэВ,
T = (0.999 ± 0.002)
г.,
t
0
= (146 ± 7)
сут.
где чос — число отсчетов за сутки.
Рис. 22: Суммарные экспериментальные сцинтилляционные события, измеряемые
DAMA / NaI в течение семи и DAMA / LIBRA в течение шести ежегодных циклов в интервале 2-6 кэВ. [35]
Можно заметить, что по сравнению с DAMA / NaI в эксперименте DAMA / LIBRA
сильно повысилась точность, что способствует получению более достоверных данных.
Для того, чтобы исключить наличие годовых модуляций в другой энергетической области и убедиться в отсутствии значительных изменений в фоне, были проведены соответствующие измерения для энергетических зон не входящие в область поиска частиц ТМ. Это позволило исключить фоновые модуляции в широком энергетическом диапазоне, на многом меньшем, чем исследуемая область, в которой были зарегистри- рованы искомые отклонения от фона.
4
В эксперименте различались два типа сигналов — одиночные (single-hit), которые регистриро- вались только одним из 25 детекторов, и множественные (multiple-hit), которые регистрировались одновременно несколькими детекторами. Далее, для краткости мы будем называть их ОУ и МУ соот- ветственно.
27

Проведение анализа и расчета данных был необходим только для случаев ОУ. Дей- ствительно, поскольку вероятность того, что частиц ТМ провзаимодействует в несколь- ких детекторах одновременно, крайне мала, то всеми случаями МУ можно пренебречь и анализировать лишь статистику ОУ.
Суммарная экспозиция, включая данные более раннего эксперимента DAMA /
NaI (0.29 т·год), равна сейчас 1.17 т·год, что соответствует 13 годовым циклам. Данная экспозиция на порядки превышает аналогичные экспозиции и является самой боль- шой для всех экспериментов по поиску частиц ТМ. Данные продолжают подтвер- ждать модельно независимое свидетельство существования частиц ТМ в галактиче- ском гало, которые получены на основе годовых модуляций ТМ (8.9σ доверительная вероятность для суммарной экспозиции).
Рис. 23: Область допустимых значений нуклонного сечения в зависимости от массы вимпа по результатам эксперимента DAMA / LIBRA для трех разных случаев в за- висимости от факторов закалки Na и I: 1)не учитывая направление эффекта [(зеле- ный) вертикально-заштрихованная область]; 2)включая направление эффекта [(си- ний) горизонтально-заштрихованная область)], и 3) без направления, с учетом энер- гетической зависимости фактора закалки Na и I. [35]
Перспективы и DAMA / LIBRA-phase2
После модернизации установки в 2008 г., в ходе которой были улучшены ФЭУ, при- обретены новые дискретизаторы, модернизирована система DAQ (Data AcQuisition systems) и др., был проведен последний цикл (седьмой) DAMA / LIBRA-phase1, за- кончившийся в 2010 г.
28

После еще более значимой модернизации, проведенной в 2010 году, все ФЭУ были заменены на новые с более высокой квантовой эффективностью (QE). Что помогло увеличить чувствительность приборов и достичь высокой точности в области ниже 2
кэВ. Так же некоторые обновления были проведены и в 2012 году.
Участники проекта DAMA / LIBRA постоянно работают с целью: 1) увеличить энергия программного порога эксперимента; 2) улучшить точность исследований ча- стиц ТМ и смежных проблем астрофизики, ядерной физики и физики частиц; 3) ис- следовать другие, более экзотические проблемы. Это требует длительного и тяжелого полного рабочего дня, самоотверженную работу, надежный сбор и анализ очень круп- ных объемов данных, что участники проекта DAMA и делали все это время и будут продолжать, чтобы как можно ближе приблизиться к тайне ТМ.
6
Заключение
В нашей работе мы рассмотрели почему люди начали задаваться вопрос наличием скрытой массы, как именно получилось убедиться в том, что эта масса, называемая темной материей, все-таки присутствует в нашей Вселенной. Так же мы ознакомились с кандидатами на роль этой неизученной материи, которая составляет более четвер- ти всей материи во Вселенной. Рассмотрели некоторые способы регистрации данных кандидатов, на примере двух экспериментов, которые имели весомый вклад в иссле- довании ТМ.
Проведение таких экспериментов, как DAMA и EDELWEISS открывают перспек- тивы в обнаружении частиц темной материи. Активные исследования по изучению
ТМ, неговоря уже о ТЭ, помогут нам более ясно понимать что именно из себя пред- ставляет наша Вселенная, как происходило рождение нашей Вселенной и что ее ждет в будущем. Эти вопросы являются одними из главных не только в астрофизике и кос- мологии, но и в физике вцелом.
29

Список литературы
[1] David Harvey, Richard Massey, Thomas Kitching, Andy Taylor, Eric Tittley "The non-gravitational interactions of dark matter in colliding galaxy clusters"// Science,
Vol 347, Issue 6229 (2015)
[2] Edvige Corbelli, Paolo Salucci "The Extended Rotation Curve and the Dark Matter
Halo of M33"(1999) // arXiv:astro-ph/9909252
[3] "Тёмная материя : сборник материалов"по ред. Ишханова Б.С. (2014) ISBN 978-
5-91304-567-6
[4] M.J. Jee, H.C. Ford, G.D. Illingworth, R.L. White, T.J. Broadhurst, D.A. Coe, G.R.
Meurer, A. Van Der Wel, N. Benitez, J.P. Blakeslee, R.J. Bouwens, L.D. Bradley, R.
Demarco, N.L. Homeier, A.R. Martel, S. Mei "Discovery of a Ringlike Dark Matter
Structure in the Core of the Galaxy Cluster Cl 0024+17"// Astrophys.J.661:728-
749,2007 // arXiv:0705.2171
[5] Клапдор-Клайнгротхаус Г.В., Цюбер К. Астрофизика элементарных частиц //
М.: УФН, 2000,. - 496 с.
[6] Космология и элементарные частицы, или небесные тайны. A. Д. Долгов // Фи- зика элементарых частиц и амтоного ядра 2012 Т.43 Вып. 3
[7] Cole S, Sanchez A. G., Wilkins S ASP Conf. Ser. 379 57 (2007); astroph/0611178
[8] Spergel D. N. et al. Astrophys. J. Suppl. 170 377 (2007); astro-ph/ 0603449
[9] Tegmark M. et al. Phys. Rev. D 74 123507 (2006); astro-ph/0608632
[10] Рябов В. А., Царев В А, Цховребов А М "Поиски частиц темной материи"УФН
178 1129–1164 (2008)
[11] Горбунов Д С "Стерильные нейтрино и их роль в физике частиц и космоло- гии"УФН 184 545–554 (2014)
[12] Лубашевский А.В., Результаты поиска WIMP в эксперименте EDELWEISS,
Объединённый институт ядерных исследований, Лаборатория ядерных проблем им. В.П.Джелепова, Дубна, 2010.
[13] Aharmim B. et al. Phys. Rev. C 72 055502 (2005); nucl-ex/0502021
[14] Adamson P. et. al. (MINOS Collab.) Phys. Rev. D 73 072002 (2006); hep- ex/0512036
[15] Michael D. G. et al. (MINOS Collab.) Phys. Rev. Lett. 97 191801 (2006); hep- ex/0607088
[16] Dodelson S, Widrow L M Phys. Rev. Lett. 72 17 (1994); hep-ph/ 9303287
[17] Lobashev V. M. Nucl. Phys. A 719 C153 (2003)
[18] Dolgov A. D. Phys. Rep. 370 333 (2002); hep-ph/0202122 30

[19] Kraus Ch. et. al. Eur. Phys. J. C 40 447 (2005); hep-ex/0412056
[20] Bjorken J. D., Llewellyn Smith C. H. Phys. Rev. D 7 887 (1973)
[21] Falk T, Olive K A, Srednicki M Phys. Lett. B 339 248 (1994); hepph/9409270
[22] K.Hagiwara et al., “Review of particle physics”, Physical Review D, 66:10001, (2002)
[23] E. Armengaud, Q. Arnaud, C. Augier, A. Benoit,..., "Axion searches with the
EDELWEISS-II experiment"//JCAP 1311 (2013) 067 arXiv:1307.1488
[24] http://edelweiss.in2p3.fr/Presentation/index.php
[25] ASTROPHYSICAL CONSTANTS AND PARAMETERS //Revised November
2013 by D.E. Groom (LBNL).
[26] J.D. Lewin, and P.F. Smith, “Review of Mathematics, Numerical Factors, and
Corrections for Dark Matter Experiments Based on Elastic Nuclear Recoil”,
Astropart. Phys., 6, 87-112, (1996)
[27] Tisserand P et al. Astron. Astrophys. 469 387 (2007); astro-ph/0607207
[28] De Rujula A, Glashow S L, Sarid U Nucl. Phys. B 333 173 (1990)
[29] V. Vikram, C. Chang, B. Jain, D. Bacon and oth. "Wide-Field Lensing Mass Maps from DES Science Verification Data"//arXiv:1504.03002v1
[30] http://people.roma2.infn.it/ dama/web/det.html
[31] R. Bernabei (1), P. Belli (1), F. Cappella (1), R. Cerulli (1) and others "Dark Matter search"(2003) // arXiv:astro-ph/0307403v1
[32] R. Bernabei (1,2), P. Belli (2), A. Bussolotti (2), F. Cappella (3,4), R. Cerulli (5), and others "The DAMA/LIBRA apparatus"(2008) // arXiv:0804.2738
[33] R. Bernabei et al., Eur. Phys. J. C 62, 327–332 (2009).
[34] R. Bernabei et al., Int. J. Mod. Phys. A 28, 1330022 (2013).
[35] R. Bernabei, P. Belli, S. d’Angelo, A. Di Marco, F. Montecchia, F. Cappella, A.
d’Angelo, A. Incicchitti, V. Caracciolo, S. Castellano, R. Cerulli, C.J. Dai, H.L.
He, X.H. Ma, X.D. Sheng, R.G. Wang, Z.P. Ye "DAMA/LIBRA results and perspectives, Bled 2013"//arXiv:1403.1404
[36] http://www.azimp.ru/catalogue/Scintillators-crystals1/31/
[37] R. Bernabei et al., Eur. Phys. J. C 56, 333 (2008)
[38] R. Bernabei et al., Eur. Phys. J. C 67, 39 (2010).
31