PICO-500: Improving Acoustic Particle Identification in Superheated-Liquid WIMP Detectors

PICO-500:改进过热液体 WIMP 探测器中的声学粒子识别

基本信息

  • 批准号:
    1806722
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Multiple astronomical observations have established that about 85% of the matter in the universe is not made of known particles. Deciphering the nature of this so-called Dark Matter is of fundamental importance to cosmology, astrophysics, and high-energy particle physics. A leading hypothesis is that it is comprised of Weakly Interacting Massive Particles, or WIMPs, that were produced moments after the Big Bang. If WIMPs are the dark matter, then their presence in our galaxy may be detectable via scattering from atomic nuclei in detectors located deep underground to help reject backgrounds due to cosmic rays. PICO, a merger of the PICASSO and COUPP collaborations, employs room-temperature super-heated liquids to search for dark matter particle candidates. Previous efforts by PICO at SNOLAB have resulted in a world-leading sensitivity to spin-dependent WIMP-proton couplings. Recent progress has been made in acoustic discrimination against alpha particles and particulate-induced backgrounds. These developments will enable the next-generation of PICO bubble chambers to also lead in sensitivity to spin-independent couplings in the WIMP mass range below 10 GeV/c2, thus contributing substantially to the search to address the fundamental question of what Dark Matter actually is.This award will generate substantial broader impacts in the areas of education and mentoring. The PICO collaboration has a long history of commitment to providing undergraduates with laboratory research opportunities, and to the mentoring and professional advancement of graduate students and postdocs.Superheated liquids provide the best discrimination of any dark matter detector against dominant electron recoil backgrounds (10^-10 at ~ keVnr threshold, i.e., seven orders of magnitude better than liquid-xenon detectors). PICO chambers aim to perform an extensive probing of the remaining supersymmetric dark matter parameter space via spin-dependent interactions, an approach that is highly complementary to other experiments. This maximizes the chances of WIMP discovery. The activities envisioned during the period of support include participation in the design of PICO-500, a large (500 liter) chamber recently approved for construction by the Canadia Foundation for Innovation, and an expansion of PICO's acoustic detection methods to a promising higher frequency range, thus far unexplored.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
多个天文观测已经确定,宇宙中大约85%的物质不是由已知粒子组成的。破译这种所谓的暗物质的性质对宇宙学、天体物理学和高能粒子物理学具有根本的重要性。一个主要的假设是,它是由弱相互作用大质量粒子(WIMP)组成的,这些粒子是在大爆炸后产生的。如果WIMP是暗物质,那么它们在我们星系中的存在可能是通过位于地下深处的探测器中的原子核散射来检测的,以帮助排除宇宙射线造成的背景。皮科是PICASSO和COUPP合作的合并,采用室温过热液体来寻找暗物质粒子候选者。皮科在SNOLAB的先前研究已经导致了世界领先的自旋相关WIMP-质子耦合灵敏度。最近,在对α粒子和粒子诱发背景的声学辨别方面取得了进展。这些发展将使下一代皮科气泡室在10 GeV/c2以下的WIMP质量范围内对自旋无关耦合的灵敏度也有所提高,从而为解决暗物质到底是什么这一根本问题的研究做出重大贡献。该奖项将在教育和指导领域产生更广泛的影响。皮科合作有着悠久的历史,致力于为本科生提供实验室研究机会,并为研究生和博士后提供指导和专业发展。过热液体提供了任何暗物质探测器对主导电子反冲背景的最佳区分(10^-10在~ keVnr阈值,即,比液体氙探测器好七个数量级)。皮科腔室的目标是通过自旋相关相互作用对剩余的超对称暗物质参数空间进行广泛的探测,这种方法与其他实验高度互补。这最大化了WIMP发现的机会。在支助期间设想的活动包括参与设计皮科-500,这是一个大型的皮科的声学检测方法扩展到更高的频率范围,该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值进行评估,更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Response of undoped cryogenic CsI to low-energy nuclear recoils
  • DOI:
    10.1103/physrevc.104.014612
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    C. Lewis;J. Collar
  • 通讯作者:
    C. Lewis;J. Collar
Dark matter search results from the complete exposure of the PICO-60 C3F8 bubble chamber
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.022001
  • 发表时间:
    2019-07-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Amole, C.;Ardid, M.;Zhang, J.
  • 通讯作者:
    Zhang, J.
Determining the bubble nucleation efficiency of low-energy nuclear recoils in superheated C3F8 dark matter detectors
确定过热 C3F8 暗物质探测器中低能核反冲的气泡成核效率
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Ali, B.;Arnquist, I. J.;Baxter, D.;Behnke, E.;Bressler, M.;Broerman, B.;Clark, K.;Collar, J. I.;Cooper, P. S.;Cripe, C.
  • 通讯作者:
    Cripe, C.
Data-driven modeling of electron recoil nucleation in PICO C3F8 bubble chambers
  • DOI:
    10.1103/physrevd.100.082006
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    C. Amole;M. Ardid;I. Arnquist;D. Asner;D. Baxter;E. Behnke;M. Bressler;B. Broerman;G. Cao
  • 通讯作者:
    C. Amole;M. Ardid;I. Arnquist;D. Asner;D. Baxter;E. Behnke;M. Bressler;B. Broerman;G. Cao
Search for a cosmologically relevant boson in muon decay
  • DOI:
    10.1103/physrevd.103.052007
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Collar
  • 通讯作者:
    J. Collar
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  • 资助金额:
    $ 40.5万
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    EP/X035174/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Research Grant
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