Direkte Suche nach Dunkler Materie

Projekt: XENON

XENON ist ein in mehreren Phasen durchgeführtes Experiment zur direkten Suche nach Dunkler Materie, insbesondere nach WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Der Nachweis dieser Teilchen auf der Erde ist möglich, indem eine elastische Streuung von WIMPs an baryonischer Materie in einem entsprechenden Detektor gemessen wird. Dabei wird ein Teil der kinetischen Energie des WIMPs im Detektor als Rückstossenergie deponiert. WIMPs wechselwirken nur sehr selten mit Materie, außerdem sind die Energiesignale extrem klein. Um diese niedrigen und seltenen Signale nachweisen zu können, benutzt XENON eine Spurendriftkammer (time projection chamber, TPC), die mit hochreinem, flüssigem Xenon gefüllt ist. Bei Teilchen-Wechselwirkungen an Xe wird Szintillationslicht sowie ein Ladungssignal erzeugt. Das prompte Szintillationslicht wird von Photosensoren ausgelesen, Elektronen driften in der TPC an die Oberfläche des flüssigen Xe und produzieren im gasförmigen Xe ein sekundäres Szintillationssignal. Spezielle Reinigungsverfahren des Xe wie auch die Kombination aus den beiden Szintillationssignalen haben XENON1T zum weltweit führenden Experiment zur Suche nach WIMPs gemacht.

Mit der nächsten Phase des Experiments im LNGS-Untergrundlabor in Italien, XENONnT, an dem mehr als 170 Wissenschaftler aus 11 Ländern beteiligt sind, wird die Sensitivität der Dark Matter Suche um einen weiteren Faktor 20 gesteigert.

Projekt: DARWIN

DARWIN (DARk matter WImp search with liquid xenoN) befindet sich in der Planungsphase und wird die XENON-Technologie einer Spurendriftkammer (time projection chamber, TPC) mit ca. 50 Tonnen flüssigem Xenon weiterentwickeln. Primäres Ziel von DARWIN wird die Suche nach Dunkler Materie, sogenannten WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), im noch unerforschten Parameterraum sein, bis die Suche durch den Neutrino-Untergrund begrenzt werden wird. Wie bei XENON werden promptes Szintillationslicht und Ladungssignale aus Teilchenwechselwirkungen über Photosensoren ausgelesen, die sich an der Ober- und Unterseite der TPC befinden. Neben der exzellenten Sensitivität auf WIMPs wird der Detektor mit seiner großen Masse, der niedrigen Nachweisschwelle und den hochreinen Materialien (extrem niedrige Untergrundrate!) auch auf andere extrem seltene Wechselwirkungen sensitiv sein. So könnten potenziell solare Axionen, galaktische Axion-artige Teilchen (ALPs) und der neutrinolose doppelte Beta-Zerfall von Xe-136 nachgewiesen werden. Außerdem wird der Fluss niederenergetischer solarer Neutrinos mit einer Präzision im %-Bereich vermessen, kohärente Neutrino-Kern-Streuung beobachtet und Neutrinos aus galaktischen Supernova-Explosionen detektiert.

Projekt: EDELWEISS

EDELWEISS (Expérience pour DEtecter Les Wimps En SIte Souterrain) ist ein Experiment zur direkten Suche nach Dunkler Materie, insbesondere nach WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), von denen angenommen wird, dass sie nicht-baryonische kalte Dunkle Materie ausmachen. Der Nachweis dieser Teilchen auf der Erde ist möglich, indem eine elastische Streuung von WIMPs an baryonischer Materie in einem entsprechenden Detektor gemessen wird. Dabei wird ein Teil der kinetischen Energie des WIMPs im Detektor als Rückstossenergie deponiert. Die WIMPS wechselwirken nur sehr selten mit Materie, außerdem sind die Energiesignale extrem klein. Um diese niedrigen und seltenen Signale nachweisen zu können, benutzt EDELWEISS ein Detektorfeld aus Tieftemperaturbolometern bei ca 20mK, die jeweils aus einem 800g schweren hochreinen Germaniummonokristall bestehen. Um den Untergrund durch radioaktive und kosmische Strahlung zu minimieren, ist das gesamte Experiment in einem Untergrundlabor aufgebaut (Laboratoire Souterrain de Modane (LSM), Frankreich). Die EDELWEISS Kollaboration ist eine Zusammenarbeit von 11 Instituten aus 4 Ländern.

Weiterführende Informationen finden Sie unter Dunkle Materie Gruppe.