The Darkside Dark Matter Detector

暗面暗物质探测器

基本信息

  • 批准号:
    SAPPJ-2020-00037
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 13.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Subatomic Physics Envelope - Project
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The detection of galactic dark matter and the establishment of its fundamental properties are a very high priority in particle physics. The most sensitive direct searches for high mass WIMP (weakly interacting massive particle) dark matter use large liquid noble gas detectors to search for nuclear recoils. Our current detector, DEAP-3600 contains about 3.3 tonnes of liquid argon and is currently the most sensitive argon dark matter detector in the world. This proposal is requesting support to enable Canadian researchers to participate in the DS-20k detector, a large liquid argon time projection chamber(TPC) that will be situated in the Gran Sasso Laboratory in Italy that will extend the reach of liquid argon dark matter detection by an order of magnitude. Canadian groups have started to work on several aspects of the DarkSide-20k program, particularly in areas where they have strong past experience: the data acquisition system and electronics, the underground argon plant and subsequent storage and processes, the design of the detector, the unique TPC to be built from acrylic in Canada, and the procedures to fabricate and coat acrylic with resistive coatings for TPC components and with TPB for wavelength shifting. The main capital costs associated with these activities are being requested in a separate CFI proposal. The experiment in Italy is the result of a joining together of all the argon dark matter researchers in the world, to form a global argon dark matter collaboration. After the experiment in Italy is complete, the plan is to build an even larger detector of 400 tonnes (Argo) that will be located at the SNOLAB underground laboratory in Sudbury. The objective is to build on DEAP with a two-step program to reach down in sensitivity to the "Neutrino Floor" caused by atmospheric neutrinos coherently scattering in the detector and generating recoils that simulate WIMP dark matter. The light emission properties of liquid argon have already been demonstrated in DEAP to enable discrimination greater than 108 against other backgrounds such as radon and pp solar neutrinos at the Neutrino Floor. DarkSide-20k will have ultra-low backgrounds that can be measured in situ. This will give sensitivity to WIMP-nucleon cross sections of 1.2 10-47 cm2 (1.1 1046 cm2) for WIMPs of 1 TeV/c2 (10 TeV/c2) mass, to be achieved during a 5 year run producing an exposure of 100 tonne-year free from any instrumental background.
银河系暗物质的探测及其基本性质的确定是粒子物理学中的一个非常高的优先事项。对大质量弱相互作用大质量粒子(WIMP)暗物质的最灵敏的直接搜索使用大型液体惰性气体探测器来搜索核反冲。 我们目前的探测器DEAP-3600含有约3.3吨液态氩,是目前世界上最灵敏的氩暗物质探测器。 这一提议要求得到支持,以使加拿大研究人员能够参与DS-20 k探测器,这是一个大型液氩时间投影室,将设在意大利的Gran Sasso实验室,它将把液氩暗物质探测的范围扩大一个数量级。 加拿大团体已经开始在DarkSide-20 k计划的几个方面开展工作,特别是在他们有丰富经验的领域:数据采集系统和电子设备,地下氩气工厂和随后的储存和处理,探测器的设计,在加拿大用丙烯酸建造的独特的TPC,以及制造和涂覆丙烯酸树脂的程序,其中用于TPC组件的电阻涂层和用于波长偏移的TPB。与这些活动有关的主要资本费用将在一份单独的原子弹飞行计划提案中提出。 意大利的实验是世界上所有氩暗物质研究人员联合起来的结果,形成了全球氩暗物质合作。 在意大利的实验完成后,计划建造一个更大的400吨探测器(Argo),将位于萨德伯里的SNOLAB地下实验室。 其目标是建立在DEAP的两步程序,以达到在大气中微子相干散射在探测器和产生反冲,模拟WIMP暗物质所造成的“中微子地板”的灵敏度。液态氩的光发射特性已经在DEAP中得到证实,可以在中微子层对氡和pp太阳中微子等其他背景进行大于108的区分。DarkSide-20 k将具有可现场测量的超低背景。这将使1 TeV/c2(10 TeV/c2)质量的WIMP对1.2 × 10-47 cm 2(1.1 × 1046 cm 2)的WIMP-核子截面的灵敏度达到5年运行期间产生的100吨-年的暴露量,没有任何仪器背景。

项目成果

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