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SIPM应用粒子中低光检测的应用和...
由5.9 t活性LXE（166 K）填充的TPC直接检测DM。wimps与LXE核的相互作用产生闪烁光（46ɣ /kev @ 178 nm）。253（顶部）和241（底部）Hamamatsu R11410-21低背景低温PMTS由Hamamatsu和Xenon合作共同开发。PMT选择在操作过程中几乎10％的PMT失败。5％高脉冲率，<5％的光泄漏。1.5 kV偏置，以避免不稳定性，例如瞬态闪光灯。对于所有PMT，在LXE温度下测量了约40 Hz的典型暗计数。
未设置 - 雪绒花
在宇宙的所有天体物理和宇宙学尺度上都可以找到非重子暗物质存在的证据。根据对宇宙微波背景辐射的观测，暗物质对宇宙总能量的贡献估计为 27%。解决暗物质之谜的一类通用粒子被称为弱相互作用大质量粒子 (WIMP)，其质量在 GeV-TeV 范围内，与普通物质的预期相互作用率为弱尺度相互作用量级。EDELWEISS-III 实验的目的是利用锗辐射热计探测银河系暗物质晕中 WIMP 的弹性散射。在 ≈ 18 mK 的低温下，WIMP 引起的核反冲产生的预期 O (keV) 能量沉积会产生可测量的热量和电离信号。这种直接检测实验的主要挑战是 WIMP-核子散射的预期速率较低，最新结果限制了该速率低于每 100 千克每年几次。因此，多层外部屏蔽可保护实验免受环境放射性的影响。通过使用基于反冲类型的粒子识别，可以排除来自屏蔽内元素放射性的其余背景。最成问题的背景来自中子，它引起的核反冲与探测器中的 WIMP 信号无法区分。具体来说，中子是由宇宙射线μ子及其簇射产生的。因此，实验位于莫达内地下实验室，那里 4800 米的岩石使宇宙μ子通量衰减 10 6 倍，降至 5 µ /m 2 /天。其余的μ子使用围绕实验的主动µ否决系统进行标记，该系统由 46 个塑料闪烁体模块组成。
ATLAS 文档
大部分对暗物质 (DM) 的实验研究都集中在弱相互作用大质量粒子 (WIMP) 上，这种粒子与标准模型 (SM) 粒子直接相互作用，其强度与弱相互作用相当。然而，无论是直接 [ 1 – 9 ] 还是间接探测实验 [ 10 ]，对类 WIMP 暗物质的限制都越来越严格。WIMP 范式的一个引人注目的替代方案是，DM 粒子属于“暗区”(DS)，它在标准模型规范群下是中性的，并且只通过一个或多个标准模型以外的介质粒子与标准模型相互作用 [ 11 – 15 ]。如果介质衰变为 DS 粒子在运动学上是被禁止的，它衰变回标准模型粒子将被标准模型和介质之间的小耦合所抑制，从而产生潜在的宏观固有衰变长度（𝑐𝜏 ≳ 100 𝜇 米）。这些所谓的长寿命粒子（LLP）也在介体粒子通过高维算符与标准模型耦合的场景中被预测，例如在以类轴粒子（ALP）为特征的模型中[ 16 ， 17 ]。
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arXiv:2203.07242v1 [hep-ex] 2022 年 3 月 14 日
迄今为止，所有暗物质 (DM) 存在的证据都是通过其与可见物质的引力耦合获得的。另一方面，迄今为止所有对暗物质的直接探测搜索都必须假设与标准模型存在一些额外的耦合，例如 WIMP 的弱核耦合，或轴子的胶子/光子耦合。一个明显可取的目标是直接通过其引力耦合来搜索粒子 DM。最近，有人提出，通过地面实验 [1–3] 可以实现纯引力直接探测策略，尽管这非常具有挑战性。这一想法利用了光学或微波光机械传感设备的量子读出和控制方面令人难以置信的快速进展 [4–6]。这些设备已被证明是一个有前途的平台，可用于搜索大量暗物质候选者 [7]，涵盖超轻 [8–11]、轻 [12] 以及 WIMP 级和更重的质量范围 [13]。特别是，参考文献 [14]。 [3] 表明，由至少 10 6 个机械传感器组成的大型阵列，每个传感器的质量在克级左右，可以对质量在普朗克尺度 m Pl ≈ 2 × 10 18 GeV ≈ 4 µg 左右的暗物质的引力特征敏感。有关这些超重暗物质候选者的概述，请参阅 Snowmass 2021 社区白皮书 [14]。在这份 Snowmass 白皮书中，我们概述了一项新兴的实验工作，我们将其称为 Windchime 项目，以开发此类暗物质探测器。核心计划是并行构建和操作许多量子限制机械加速度计阵列。这样的系统将能够独特地搜索大量有趣的信号，而引力暗物质探测是一个非常长期的目标。需要进行许多技术开发，涉及四个关键方面：热隔离、低于标准量子极限的量子测量噪声、传感器数量及其读数的扩展以及来自许多探测器的连续数据流的数据处理和分析技术。在开发这些技术的过程中，将实现许多短期物理机会，并且除了寻找暗物质之外，研发计划还将有大量应用。我们概述了技术挑战、物理机会、我们目前的努力以及实现长期计划的途径。