Сегодня - 10.12.2018

Механизм тормозного излучения может упростить поиски темной материи

22 ноября 2018

 

Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН во время экспериментов по поиску темной материи обратили внимание на тормозное излучение электронов на нейтральных атомах. Этот не применявшийся, но известный ранее дополнительный механизм электролюминесценции может не только упростить и удешевить детектирующие установки, но и повлиять на точность экспериментов по поиску темной материи. Результаты исследования опубликованы в журнале Astroparticle Physics.

Двухфазный криогенный детектор и электроника питания и сбора данных
Двухфазный криогенный детектор ИЯФ СО РАН предназначен для поиска «вимпов» (WIMP: Weakly Interacting Massive Particle) — гипотетических слабовзаимодействующих массивных частиц, кандидатов на роль основного компонента темной материи. Прямой поиск ведется по наблюдению событий предполагаемого упругого рассеяния таких частиц на атомных ядрах аргона.

«Сигнал первичных сцинтилляций (световых вспышек) от ядер отдачи с такими низкими энергиями может оказаться слишком мал для эффективной регистрации, поэтому требуется регистрировать первичную ионизацию, — объясняет младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Екатерина Шемякина. — Один из способов такой регистрации — процесс электролюминесценции в газовой фазе детектора. Суть ее в том, что электроны первичной ионизации, вытянутые под действием электрического поля через границу раздела фаз, возбуждают атомы газа, что приводит к появлению излучения, которое уже могут засечь существующие фотодетекторы. Электролюминесценция в аргоне происходит за счет излучения возбужденных атомов в вакуумном ультрафиолете,  не регистируемого напрямую при помощи фотоэлектронных и кремниевых фотоумножителей. Поэтому, чтобы перевести излучение в видимую область, перед ними ставится оргстекло с нанесенными на него спектросмещающими веществами, из-за чего снижается эффективность детектора».

Чтобы попытаться избежать этой неприятности, ученые провели эксперименты по наблюдению электролюминесценции в видимой области излучения в чистом аргоне. Оказалось, что на фотоумножителях обоих видов без пленки спектросмещающих веществ видимый свет все равно регистрируется. Изучив литературу, физики нашли причину происходящего в экспериментах: электролюминесценция происходит благодаря механизму тормозного излучения электронов на нейтральных атомах.

«Учет тормозного излучения на нейтральных атомах позволил нам отказаться от спектросмещающих добавок, использовать гейгеровские лавинные фотодиоды без всяких покрытий, — рассказывает Екатерина Шемякина. — Мы построили теорию, определили функции распределения электронов по энергиям, взяли известные сечения рассеивания электронов на атомах аргона, и с помощью этого вычислили спектры тормозного излучения, которые, как оказалось, охватывают ультрафиолетовый диапазон и уходят далеко в инфракрасный, а значит любой фотодетектор может их зарегистрировать. То есть тем самым мы упростили и удешевили наш прототип детектора для поиска темной материи. Но главное, наши результаты показали, что, если не учитывать присутствие электролюминесценции в видимом диапазоне, эксперименты по поиску темной материи могут быть некорректными. Эти фундаментальные результаты могут пригодиться различным проектам по поискам темной материи, например, международной коллаборации Dark Side, в которой принимают участие ИЯФ СО РАН и Новосибирский государственный университет».

По материалам пресс-службы ИЯФ СО РАН

Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus