Dunkle Materie Experemente und Detektion

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Dunkle Materie Experemente und Detektion Bretz Valentina Seminar Astro- und Teilchenphysik 10 Januar 2004

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Dunkle Materie Experemente und Detektion. Bretz Valentina Seminar Astro- und Teilchenphysik 10 Januar 2004. Materien-Verteilung. DE Dunkle Energie, DM Dunkle Materie. Dunkle Materie. Baryonische Materie (MACHO) Nichtbaryonische (Exotische) Materie: Heiße Dunkle Materie (HDM) - PowerPoint PPT Presentation

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Dunkle MaterieExperemente und Detektion

Dunkle MaterieExperemente und Detektion

Bretz Valentina

Seminar Astro- und Teilchenphysik

10 Januar 2004

Bretz Valentina

Seminar Astro- und Teilchenphysik

10 Januar 2004

Page 2: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Materien-VerteilungMaterien-VerteilungMaterien-VerteilungMaterien-Verteilung

DE Dunkle Energie, DM Dunkle Materie

Page 3: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Dunkle Materie Dunkle Materie Dunkle Materie Dunkle Materie

Baryonische Materie (MACHO)Baryonische Materie (MACHO)

Nichtbaryonische (Exotische) Materie:Nichtbaryonische (Exotische) Materie:

• Heiße Dunkle Materie (HDM)Heiße Dunkle Materie (HDM)

Neutrinos (MNeutrinos (Mνν < 20 eV) < 20 eV)

• Kalte Dunkle Materie (CDM)Kalte Dunkle Materie (CDM)

WIMPs (MWIMPs (Mww ≈≈ 10o-1000 GeV 10o-1000 GeV ) )

Axionen (MAxionen (MAA ≈≈ 10 10-5-5 eV eV))

alle (außer WIMPs) scheiden als dominanter Kandidat alle (außer WIMPs) scheiden als dominanter Kandidat wegen kleiner Masse/Häufigkeit auswegen kleiner Masse/Häufigkeit aus

WIMPsWIMPs als Top-Kandidat als Top-Kandidat

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WIMPs WIMPs ((Weakly Interacting Massive ParticlesWeakly Interacting Massive Particles))

WIMPs WIMPs ((Weakly Interacting Massive ParticlesWeakly Interacting Massive Particles))

gute Kandidaten sind neutrale Superpartner der gute Kandidaten sind neutrale Superpartner der

gewöhnlichen Materie (Supersymmetrie) gewöhnlichen Materie (Supersymmetrie) hohe hohe

MassenMassen

Hauptkandidat ist NeutralinoHauptkandidat ist Neutralino

Neutralino (Neutralino (Lightest Supersymmetric Particle LSPLightest Supersymmetric Particle LSP) )

ist eine Mischung von Photino, Zino und Higgsinos ist eine Mischung von Photino, Zino und Higgsinos

0 0 0 01 1 2=aγ+bΖ +cΗ +dΗ

Page 5: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Neutralinos Neutralinos ((das leichteste supersymmetrische Teilchendas leichteste supersymmetrische Teilchen))

Neutralinos Neutralinos ((das leichteste supersymmetrische Teilchendas leichteste supersymmetrische Teilchen))

EigenschaftenEigenschaften

• schwer im Vergleich zum Neutrino schwer im Vergleich zum Neutrino Masse 50-1000 GeV Masse 50-1000 GeV

• elektrisch ungeladenelektrisch ungeladen

• stabilstabil

• schwach-wechselwirkendschwach-wechselwirkend

Alles die Voraussetzungen für die dunkle Alles die Voraussetzungen für die dunkle MaterieMaterie

Page 6: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Nachweis der dunklen MaterieNachweis der dunklen MaterieNachweis der dunklen MaterieNachweis der dunklen Materie

indirekter Nachweisindirekter Nachweisdurch Detektion der durch Detektion der

Reaktionprodukte von Reaktionprodukte von

WW dunkler Materie außerhalb WW dunkler Materie außerhalb

des Laborsdes Labors

direkter Nachweisdirekter Nachweisdurch WW im Laborexperimentdurch WW im Laborexperiment

Page 7: Dunkle Materie Experemente und Detektion

indirekter Nachweisindirekter Nachweisindirekter Nachweisindirekter Nachweis

durch Einfang und Anhäufung in massiven Objekten (z.B. durch Einfang und Anhäufung in massiven Objekten (z.B. Sonne)Sonne)

• Paarvernichtung und Strahlung Paarvernichtung und Strahlung Nachweis erhöhten Neutrinoflußes Nachweis erhöhten Neutrinoflußes

Neutrinoexperimente (AMANDA, ANTARES)Neutrinoexperimente (AMANDA, ANTARES)

durch natürliche galaktische WIMPs-Dichtedurch natürliche galaktische WIMPs-Dichte

• Paarvernichtung und StrahlungPaarvernichtung und Strahlung Antiprotonen-, Positronen- oder Photonenfluß Antiprotonen-, Positronen- oder Photonenfluß

Detektoren auf space station (AMS)Detektoren auf space station (AMS)

WIMPs > 1GeVWIMPs > 1GeV

pp e e

Page 8: Dunkle Materie Experemente und Detektion

direkter Nachweisdirekter Nachweisdirekter Nachweisdirekter Nachweis

durch WW mit magnet. Feld oder mit Elektronendurch WW mit magnet. Feld oder mit Elektronen• Konversion der Teilchen in PhotonenKonversion der Teilchen in Photonen

Photonennachweis (CAST, PVLAS)Photonennachweis (CAST, PVLAS)

leichte Bosonen, Axionen (M<1eV)leichte Bosonen, Axionen (M<1eV)

durch WW mit Atomkerndurch WW mit Atomkern

Nachweis von Phononen und Ionisation, Szintilation Nachweis von Phononen und Ionisation, Szintilation (DAMA, CDMS, EDELWEISS, CRESST...)(DAMA, CDMS, EDELWEISS, CRESST...)

schwere WIMPs (M>1GeV)schwere WIMPs (M>1GeV)

Page 9: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Suche nach WIMPsSuche nach WIMPs Suche nach WIMPsSuche nach WIMPs

Ungeladene stabileTeilchen Ungeladene stabileTeilchen

Registrieren durch elastische Streuung an Atomkernen Registrieren durch elastische Streuung an Atomkernen

WW

mmwwvvMMNN

EERR

WW00

θθ

Rückstoßenergie ER ≈ 1-100 keVRückstoßenergie ER ≈ 1-100 keV

Page 10: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Schwierigkeiten beim Nachweisen von WIMPsSchwierigkeiten beim Nachweisen von WIMPsSchwierigkeiten beim Nachweisen von WIMPsSchwierigkeiten beim Nachweisen von WIMPs

seltene Erreignisse < 0,1 pro kgTagseltene Erreignisse < 0,1 pro kgTag

schwache Wechselwirkung,schwache Wechselwirkung,geringe kinetische Energie <100 keVgeringe kinetische Energie <100 keV

Viele Untergrundstörungen (z.B. kosmische Viele Untergrundstörungen (z.B. kosmische Strahlung, natürliche Radioaktivität)Strahlung, natürliche Radioaktivität)

Experimente unterirdischExperimente unterirdisch mit > 1000 Meternmit > 1000 Metern

Hochreine Detektormaterialien nötigHochreine Detektormaterialien nötig (ohne Eigenstrahlung)(ohne Eigenstrahlung)

Page 11: Dunkle Materie Experemente und Detektion

wichtige Detektortypenwichtige Detektortypenwichtige Detektortypenwichtige Detektortypen

Ionisationsdetektoren (meistens HL-Detektoren)Ionisationsdetektoren (meistens HL-Detektoren)

Durch Stoß mit Neutralino schlägt der Atomkern bei Nachbaratom Durch Stoß mit Neutralino schlägt der Atomkern bei Nachbaratom Elektronen aus der Hülle Elektronen aus der Hülle Elektronen-Loch-Paar-Erzeugung Elektronen-Loch-Paar-Erzeugung Strom Strom

SzintillationsdetektorenSzintillationsdetektoren

Durch Rückstoß erzeugte Ionen fangen Elektronen ein und fallen in Durch Rückstoß erzeugte Ionen fangen Elektronen ein und fallen in Grundzustand zurück Grundzustand zurück Lichtblitz Lichtblitz

KryogendetektorenKryogendetektoren

Bei einem Supraleiter, der knapp unter Sprungtemperatur betrieben Bei einem Supraleiter, der knapp unter Sprungtemperatur betrieben wird, werden durch Stoß Gitterschwingungen erzeugt wird, werden durch Stoß Gitterschwingungen erzeugt Erwärmung Erwärmung Widerstand Widerstand

Oft benutzt man zwei unterschiedliche Detektortypen, Oft benutzt man zwei unterschiedliche Detektortypen, um Untergrund von WIMPs zu unterscheidenum Untergrund von WIMPs zu unterscheiden

Page 12: Dunkle Materie Experemente und Detektion

wichtige Detektoreigenschaftenwichtige Detektoreigenschaftenwichtige Detektoreigenschaftenwichtige Detektoreigenschaften

niedrige Energieschwelleniedrige Energieschwelle

registrieren WIMPs sogar mit kleinem Energieübertrag registrieren WIMPs sogar mit kleinem Energieübertrag

gute Energieauflösunggute Energieauflösung (grosse Energiebereiche messbar) (grosse Energiebereiche messbar)

grössere Effizienz grössere Effizienz

keine Eigenradioaktivitätkeine Eigenradioaktivität

weniger Untergrundstörungen weniger Untergrundstörungen

gute Hintergrundabschirmunggute Hintergrundabschirmung

noch weniger Untergrund noch weniger Untergrund

großes Detektorvolumengroßes Detektorvolumen

mehr Ereignisse mehr Ereignisse

Page 13: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Was wir messen/interpretieren wollen Was wir messen/interpretieren wollen Was wir messen/interpretieren wollen Was wir messen/interpretieren wollen

2T W

R W WT W

2M ME M

M M

RückstoßenergieRückstoßenergie

R

R R

EdRexp

dE E

RückstoßspektrumRückstoßspektrum

(differenzielle Zählrate dR)(differenzielle Zählrate dR)

Mittlere WIMPs-GeschwindigkeitMittlere WIMPs-Geschwindigkeit

(aus Maxwell-Bolzmann-Verteilung)(aus Maxwell-Bolzmann-Verteilung)<<υυWW> ≈ 300 km/s> ≈ 300 km/s

Page 14: Dunkle Materie Experemente und Detektion

ProjektProjekt OrtOrt BeginnBeginn DiskriminationDiskrimination DetektortypDetektortyp MaterialMaterial Masse

kg

DAMADAMA Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 19981998 keinekeine SzintillationSzintillation NatriumionidNatriumionid 100100

EdelweissEdelweiss Frejus (Fra.)Frejus (Fra.) 20012001 Ionisation, thermischIonisation, thermisch KryogenKryogen GermaniumGermanium 1.31.3

CDMS IICDMS II Soudan (USA)Soudan (USA) 20032003 Ionisation, thermischIonisation, thermisch KryogenKryogen Sizilium, GermaniumSizilium, Germanium 77

CRESST IICRESST II Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 20042004 Szintillation, thermischSzintillation, thermisch KryogenKryogen Calcium-WolframoxidCalcium-Wolframoxid 1010

ProjektProjekt OrtOrt BeginnBeginn DiskriminationDiskrimination DetektortypDetektortyp MaterialMaterial MasseMasse

kgkg

UKDMCUKDMC Boulby (Engl.)Boulby (Engl.) 19971997 keinekeine SzintillationSzintillation NatriumjodidNatriumjodid 55

DAMADAMA Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 19981998 keinekeine SzintillationSzintillation NatriumjodidNatriumjodid 100100

ROSEBUDROSEBUD Cnfranc (Span.)Cnfranc (Span.) 19991999 thermischthermisch KryogenKryogen AluminiumoxidAluminiumoxid 0.050.05

PICASSOPICASSO Sudbury (Kan.)Sudbury (Kan.) 20002000 keinekeine TröpfchenTröpfchen FreonFreon 0.0010.001

CRESST ICRESST I Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 20002000 thermischthermisch KryogenKryogen Calcium-WolframoxidCalcium-Wolframoxid 1010

SIMPLESIMPLE Rustel (Fra.)Rustel (Fra.) 20012001 keinekeine TröpfchenTröpfchen FreonFreon 0.0010.001

DRIFTDRIFT Boulby (Engl.)Boulby (Engl.) 20012001 RichtungRichtung IonisationIonisation SchwefelwasserstoffSchwefelwasserstoff 0.160.16

EdelweissEdelweiss Frejus (Fra.)Frejus (Fra.) 20012001 Ionisation, thermischIonisation, thermisch KryogenKryogen GermaniumGermanium 1.31.3

ZEPLIN IZEPLIN I Boulby (Engl.)Boulby (Engl.) 20012001 ZeitZeit SzintillationSzintillation FlFlüssiges Xenonüssiges Xenon 3030

HDMSHDMS Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 20012001 ZeitZeit IonisationIonisation Ge-73Ge-73 0.20.2

CDMS IICDMS II Soudan (USA)Soudan (USA) 20032003 Ionisation, thermischIonisation, thermisch KryogenKryogen Sizilium, GermaniumSizilium, Germanium 77

ZEPLIN IIZEPLIN II Boulby (Engl.)Boulby (Engl.) 20032003 Ionisation, SzintillationIonisation, Szintillation SzintillationSzintillation FlFlüssiges Xenonüssiges Xenon 3030

GENIUS-TFGENIUS-TF Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 20032003 keinekeine IonisationIonisation GermaniumGermanium 1010

CRESST IICRESST II Gran Sasso (Ital.)Gran Sasso (Ital.) 20042004 Szintillation, thermischSzintillation, thermisch KryogenKryogen Calcium-WolframoxidCalcium-Wolframoxid 1010

Experimente für WIMPs-NachweisExperimente für WIMPs-NachweisExperimente für WIMPs-NachweisExperimente für WIMPs-Nachweis

Page 15: Dunkle Materie Experemente und Detektion

DAMADAMA ((particle DArk MAtter searches with particle DArk MAtter searches with

highly radiopure scintillatorshighly radiopure scintillators))

DAMADAMA ((particle DArk MAtter searches with particle DArk MAtter searches with

highly radiopure scintillatorshighly radiopure scintillators))

erster Hinweis auf WIMPserster Hinweis auf WIMPs

speziell entwickelte schwach speziell entwickelte schwach radioaktive Szintillationsdetektorenradioaktive Szintillationsdetektoren

Detektormaterial 100kg NaIDetektormaterial 100kg NaI

Messzeit über 4 Jahre Messzeit über 4 Jahre

Abschirmung durch 1,5 km FelsAbschirmung durch 1,5 km Fels

Page 16: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Schematische DarstellungSchematische DarstellungSchematische DarstellungSchematische Darstellung

Page 17: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Jährliche FlußmodulationJährliche Flußmodulation ( (zwischen Juni und Dezemberzwischen Juni und Dezember))Jährliche FlußmodulationJährliche Flußmodulation

( (zwischen Juni und Dezemberzwischen Juni und Dezember))

kk R 0,k m,k 0E

R

dRS [ (t)] dE S S cos[ (t t )]

d

E

Juni: vJuni: v maximalmaximal

γγ

SonneSonnevvsunsun

vvorborb

vvorborb

Dezember: vDezember: v minimalminimal

vvsunsun

vvsunsun

WIMPs WindWIMPs Wind

vv(t) = v(t) = vsunsun+ v+ vorborb**coscosγγcos[cos[ωω(t-t(t-t00)])]

vvorb orb = 30 km/s= 30 km/s

vvsun sun = 230 km/s= 230 km/s

γγ = = 6060ºº

ωω = 2= 2ππ/T [ T=1Jahr ]/T [ T=1Jahr ]

tt00 == 2. Juni ( 2. Juni (vv Is maximal Is maximal))

VVE-HE-H= (230 = (230 15) km/s ( 15) km/s (≈ ≈ 77%%))

Page 18: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Jährliche FlußmodulationJährliche FlußmodulationJährliche FlußmodulationJährliche Flußmodulation

DezemberDezember

• rel. WIMP-Geschwindigkeit größer rel. WIMP-Geschwindigkeit größer

mehr Ereignisse bei kleineren mehr Ereignisse bei kleineren

weniger Ereignisse bei größeren weniger Ereignisse bei größeren

EnergienEnergien

JuniJuni• umgekehrtumgekehrt

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 20 40 60 80 100

Rückstossenergie [KeV]

hlr

ate

c

ts /

kg

/ K

eV

/ T

ag

Dezember Juni

Flußmodulation max 7%

Page 19: Dunkle Materie Experemente und Detektion

DAMA-ErgebnisseDAMA-ErgebnisseDAMA-ErgebnisseDAMA-Ergebnisse

bekannte Technologiebekannte Technologie

geringe Kostengeringe Kosten

grosse Detektormassegrosse Detektormasse

DAMA-VorteileDAMA-Vorteile

keine Untergrunddiskriminationkeine Untergrunddiskrimination widerspricht anderen Experimenten widerspricht anderen Experimenten

(eventuell verursacht unverstandener (eventuell verursacht unverstandener Hintergrund die Modulation)Hintergrund die Modulation)

DAMA-NachteileDAMA-Nachteile

Page 20: Dunkle Materie Experemente und Detektion

TieftemperaturkalorimeterTieftemperaturkalorimeter

sehr sensitiv auf Kernrückstößesehr sensitiv auf Kernrückstöße

niedrige Energie-Schwelleniedrige Energie-Schwelle

hohe Energieauflösunghohe Energieauflösung

große Freiheit bei der Wahlgroße Freiheit bei der Wahldes Detektorsmaterialsdes Detektorsmaterials

MerkmaleMerkmale

Supraleitende PhasenübergangsthermometerSupraleitende Phasenübergangsthermometer

Ge Thermistoren (dotierte Halbleiter-Thermometer)Ge Thermistoren (dotierte Halbleiter-Thermometer)

Thermometer-TypenThermometer-Typen

durch die Teilchen-Absorption werden (nichtthermische) Phononen emittiertdurch die Teilchen-Absorption werden (nichtthermische) Phononen emittiert

Die Absorption der Phononen im Thermometer führt zu einem Temperatur-AnstiegDie Absorption der Phononen im Thermometer führt zu einem Temperatur-Anstieg

kleine Temperaturunterschiede (~20mK) kleine Temperaturunterschiede (~20mK) hohe Detektorsensivität, da Wärmekapazität C klein hohe Detektorsensivität, da Wärmekapazität C klein

FunktionsprinzipFunktionsprinzip

ΔΔT T E / C E / CThermometerThermometer

Detektiertes Teilchen (WIMP)Detektiertes Teilchen (WIMP)

ThermometerThermometerKopplung ans KältebadKopplung ans Kältebad

AbsorberAbsorber

Page 21: Dunkle Materie Experemente und Detektion

CDMSCDMS((Cryogenic Dark Matter SearchCryogenic Dark Matter Search))

Kryogen- und IonisationsdetektorenKryogen- und Ionisationsdetektoren

aktive Untergrunddiskrimination aktive Untergrunddiskrimination

Detektormaterial - 7 kg Sizilium und GermaniumDetektormaterial - 7 kg Sizilium und Germanium

(um WIMPs von Neutronen zu unterscheiden)(um WIMPs von Neutronen zu unterscheiden)

740m unter der Erde740m unter der Erde

Page 22: Dunkle Materie Experemente und Detektion

CDMS schematischer Aufbau CDMS schematischer Aufbau

(a) Szintillatoren zur(a) Szintillatoren zur Erkennung Erkennung kosmkosmischen ischen MyonenMyonen

(b) Blei gegen Gamma-strahlen(b) Blei gegen Gamma-strahlen

(c) Polyethylen gegen(c) Polyethylen gegen NeutronenNeutronen

(d) Kupferbehälter(d) Kupferbehälter

(e) strahlungsarmes Blei(e) strahlungsarmes Blei

(f) Detektor(f) Detektor (wird abgekühlt) (wird abgekühlt)

Page 23: Dunkle Materie Experemente und Detektion

1. 1. UntergrundUntergrunddiskriminationdiskrimination durch durch IonisationIonisation

Elektronenquelle a) Neutronenquelle b)

Ionisationsergebnisse abhängig vom Art der Teilchen: Ionisationsergebnisse abhängig vom Art der Teilchen: a)a) γ,α,ē (Untergrund) ww mit ē, γ,α,ē (Untergrund) ww mit ē, b)b) WIMPs und ν ww mit AtomkernWIMPs und ν ww mit Atomkern

UntergrunddiskriminationUntergrunddiskrimination

Page 24: Dunkle Materie Experemente und Detektion

2. 2. Untergrund-Unterdrückung Untergrund-Unterdrückung durch durch WärmeWärme

Temperaturmessung über

a. dotierte Germaniumthermistoren, deren Widerstand mit steigender Temperatur stark fällt

b. oder über supraleitende Wolframschicht, d

Kerne geben weniger Energie über Ionisation als über Phononen ab WIMPs werden vom Untergrund unterschieden

bei CDMS bisher kein Signal gesehen(widerspricht DAMA-Messung!)

Page 25: Dunkle Materie Experemente und Detektion

CRESST CRESST ((Cryogenic Rate Event Search using Cryogenic Rate Event Search using

Superconducting ThermometersSuperconducting Thermometers))

Kryogen- & Szintillationsdetektoren Kryogen- & Szintillationsdetektoren (aktive Untergrunddiskrimination)(aktive Untergrunddiskrimination)

Detektormaterial 10 kg Calcium-Detektormaterial 10 kg Calcium-WolframoxidWolframoxid

Abschirmung durch 1,5 km Fels Abschirmung durch 1,5 km Fels

Flüssiger Stickstoff

Flüssiger Helium

Misch-Kamera

Innerer Leitungsschilder

Äusserer Leitungsschild

Kupfer Schild

Teilchen Detektor

Page 26: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Prinzip der UntergrundPrinzip der Untergrunddiskriminationdiskrimination mit mit Licht-Wärme-MessungLicht-Wärme-Messung

Mit  CaWOMit  CaWO44 -- Kristallen verwendet Kristallen verwendet CRESST auch szintillierende CRESST auch szintillierende Absorber.Absorber.

D.h. bei einem Streuereignis wird D.h. bei einem Streuereignis wird neben Wärme auch Licht erzeugt.neben Wärme auch Licht erzeugt.

Das Verhältnis von Licht zu Wärme Das Verhältnis von Licht zu Wärme isist t uunnterschiedlichterschiedlich für für Gammastrahlung und KernrückstößeGammastrahlung und Kernrückstöße

UntergrunddiskriminationUntergrunddiskrimination

Page 27: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Rückstoß-Spektren von leichten WIMPs an Rückstoß-Spektren von leichten WIMPs an Germanium-Kernen Germanium-Kernen

Je geringer die WIMP-Masse desto Je geringer die WIMP-Masse desto mehr ist das Spektrum zu niedrigen mehr ist das Spektrum zu niedrigen Energien hin verschobenEnergien hin verschoben

möglichst niedrige möglichst niedrige Energieschwelle der Detektoren Energieschwelle der Detektoren erforderlicherforderlich

sensible Termometer nötigsensible Termometer nötig

Tieftemperatur-Detektoren Tieftemperatur-Detektoren basierend auf supraleitenden basierend auf supraleitenden Thermometern Thermometern

Page 28: Dunkle Materie Experemente und Detektion

BolometerkurveBolometerkurve

Elektrischer Widerstand eines Elektrischer Widerstand eines

supraleitenden supraleitenden FilmesFilmes ist zuerst in ist zuerst in

supraleitendem Bereich kurz vor supraleitendem Bereich kurz vor

SprungtemperaturSprungtemperatur

kleine Temperaturänderung (< 2 mK) kleine Temperaturänderung (< 2 mK)

führt zur normalleitendem Bereich führt zur normalleitendem Bereich

WiderstandmessungWiderstandmessung

PhasenübergangstPhasenübergangsthhermometerermometer

Page 29: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Untergrunddiskrimination Untergrunddiskrimination Licht-MessergebnisseLicht-Messergebnisse

Page 30: Dunkle Materie Experemente und Detektion

EDELWEISS EDELWEISS ((Experience Experience ppour DEtecter Les our DEtecter Les

Wimps En Site SouterainWimps En Site Souterain))

Kryogen- & Ionisationsdetektoren Kryogen- & Ionisationsdetektoren ((Untergrund-Unterdrückung durchUntergrund-Unterdrückung durch Wärme-IonisationWärme-Ionisation, wie bei , wie bei CDMS)CDMS)

Detektormaterial 1.3 kg Germanium Detektormaterial 1.3 kg Germanium

abgeschirmt durch 1750 m Gesteinabgeschirmt durch 1750 m Gestein

Page 31: Dunkle Materie Experemente und Detektion

AufbauAufbau

Page 32: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Untergrundunterdrückung durch IonisationUntergrundunterdrückung durch Ionisation

Page 33: Dunkle Materie Experemente und Detektion

ErgebnisseErgebnisse

Wirkungsquerschnitt (σ~R2) in pb (pikobarn 10-36cm2)

DAMA-Bereich

ausgeschlossen

Page 34: Dunkle Materie Experemente und Detektion

ausgeschlossene Bereiche für ausgeschlossene Bereiche für Wirkungs-querschnitt von WIMPsWirkungs-querschnitt von WIMPs

σ WIMP [

pb

]

Wimp Masse [GeV]

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

CRESST – rein thermisch

DAMA - Limit

CDMS - Limit

DAMA Evidence

von Supersymetrie

erwarteter

Parameterbereich

CRESST Licht-W

ärme

100 kg Jahre

100 101 50 102 103

50 Gev untere Grenze für Neutralino aus Beschleunigerexper.

Page 35: Dunkle Materie Experemente und Detektion

Fazit und AusblickFazit und Ausblick

Großexperiment: CRESST und EDELWEISS arbeiten zusammen

Aufbau des Tieftemperatur-Kalorimeters mit der Detektormassen bis hin zu 1000kg

Problem der WIMP-Experimente: zu kleine Erreignissrate pro kgTag

Untergrunddiskrimination sehr wichtigUntergrunddiskrimination sehr wichtig

grosse Targetmasse nötiggrosse Targetmasse nötig

Ziele: AAbdeckbdeckung des ung des GroßteilGroßteilss von der S von der SUSY USY vorhergesagten vorhergesagten

WirkungsquerschnittWirkungsquerschnitt-B-Bereichereicheses

WIMP-Nachweis und –erzeugung an BeschleunigernWIMP-Nachweis und –erzeugung an Beschleunigern

Erklärung des Zusammenhangs zwischen dunkle Materie und Erklärung des Zusammenhangs zwischen dunkle Materie und TeilchentheorieTeilchentheorie

Page 36: Dunkle Materie Experemente und Detektion

LiteraturLiteratur Klapdor-Kleingrothaus „Teilchenastrophysik“Klapdor-Kleingrothaus „Teilchenastrophysik“ www.lngs.infn.it/lngs/htexts/dama/welcome.htmlwww.lngs.infn.it/lngs/htexts/dama/welcome.html www.astroteilchenphysik.de/topics/dm/dm.htmwww.astroteilchenphysik.de/topics/dm/dm.htm www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ISSART12253DE.PDFwww.pro-physik.de/Phy/pdfs/ISSART12253DE.PDF www.e15.physik.tu-muenchen.de/cresst/cresst/cresst.htmwww.e15.physik.tu-muenchen.de/cresst/cresst/cresst.htm wwwvms.mppmu.mpg.de/cresst/wwwvms.mppmu.mpg.de/cresst/ edelweiss.in2p3.fr/index_newe.htmledelweiss.in2p3.fr/index_newe.html www.lngs.infn.it/lngs/htexts/dama/welcome.htmlwww.lngs.infn.it/lngs/htexts/dama/welcome.html www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ISSART12253DE.PDFwww.pro-physik.de/Phy/pdfs/ISSART12253DE.PDF zerla1.physik.uni-erlangen.de/~katz/ws01/atp/talks/jm/JM.pdfzerla1.physik.uni-erlangen.de/~katz/ws01/atp/talks/jm/JM.pdf www.pi1.physik.uni-erlangen.de/~katz/ws03/atp/talks/ms/MS.pdfwww.pi1.physik.uni-erlangen.de/~katz/ws03/atp/talks/ms/MS.pdf iktp.tu-dresden.de/~schubert/hauptseminar-ss04-9.pdfiktp.tu-dresden.de/~schubert/hauptseminar-ss04-9.pdf cdms.berkeley.educdms.berkeley.edu relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2002-4/relativity.livingreviews.org/Articles/lrr-2002-4/ hpfrs6.physik.uni-freiburg.de/~herten/sem2001/dunklematerie.pdfhpfrs6.physik.uni-freiburg.de/~herten/sem2001/dunklematerie.pdf