Kosmische Spurensuche - MPP Theory Group - Max-Planck ...

EDELWEISS ist ein französisch-deutsches Experiment zur direkten Suche nach Teilchender Dunklen Materie. Das Nachweisprinzip besteht darin, dass ein solches Teilchen ineinem Germanium-Kristall elastisch gestreut werden kann. Dabei entsteht Wärme,außerdem werden Atome ionisiert. EDELWEISS sucht nach solchen, sehr seltenenSignalen. Mit der neuen Experimentkonfiguration, wie sie im Jahre 2005 aufgebautwurde, soll die bisherige Empfindlichkeit um das Hundertfache erhöht werden.EDELWEISS:Dunkle-Materie-Teilchen im KristallTestmontage der inneren von insgesamt drei Kupferhüllendes neuen Kryostaten mit einem Fassungsvermögenvon 100 Litern für bis zu 110 Bolometer-Detektoren.Das Messprinzip. Bei einem Stoß eines WIMPs miteinem Germaniumkern im Detektor wird die deponierteEnergie sowohl als Temperaturerhöhung aneinem Wärmesensor wie auch als Ladungssignal anden Elektroden registriert.Die Teilchen der Dunklen Materie gehenmit der bekannten Materie eine extremgeringe Wechselwirkung ein. Deswegensind sie unsichtbar, also dunkel. Diese„Weakly Interacting Massive Particles“(WIMPs) genannten Partikel erfüllennach heutigem Wissen das Universumnicht homogen. Vielmehr haben sieriesige Wolken gebildet, in denen Galaxienwie unser Milchstraßensystem„schweben“. Demnach sollte sich dieErde in dieser Wolke bewegen und einirdischer Detektor ständig von einer großenZahl von WIMPs durchströmt werden.Wegen der verschwindend geringenWahrscheinlichkeit für eine Wechselwirkungstößt dabei aber nur höchstselten ein WIMP mit einem Atomkernzusammen. Mit Experimenten wie EDEL-WEISS versuchen Astroteilchenphysiker,solche extrem seltenen Stoßprozessenachzuweisen.EDELWEISS im Fréjus-TunnelDas EDELWEISS-Experiment (Expériencepour détecter les WIMPs en Site Souterrain)befindet sich im Laboratoire Souterrainde Modane im französisch-italienischenFréjus-Tunnel. Dort schirmt die1780 Meter mächtige Gesteinsschichtder Alpen das Experiment gegen störendekosmische Strahlung ab. Als Detektorendienen Germanium-Halbleiterkristallemit einer Masse von je 320 g, diebis auf 0,017 Kelvin gekühlt sind. Stößtein WIMP mit einem Germanium-Atomkernzusammen, so überträgt es auf denKern einen Rückstoß und deponiertdabei Energie. Dies führt zu zwei Effekten.Zum einen erhöht sich die Temperaturim Kristall geringfügig und zum anderenwird das Kristallmaterial in derUmgebung des Stoßprozesses ionisiert.Das heißt, einige Atome verlieren ihreElektronen.Das Temperatursignal wird über einenkleinen Spezialsensor, der auf den Detektoraufgeklebt ist, ausgelesen. Hierbeinutzt man aus, dass eine Temperaturerhöhungzu einem größeren elektrischenWiderstand in diesem Sensor führt. DasIonisationssignal wird ebenfalls an denKristalloberflächen ausgelesen. Hierzudient eine nur 100 nm dünne Aluminium-Elektrode,an die eine Spannungvon einigen Volt angelegt wird. Für jedesEreignis nimmt man sowohl den Temperaturanstiegals auch das Ionisationsbzw.Ladungssignal gleichzeitig auf.Eine Herausforderung besteht darin,Störeinflüsse wie radioaktive Zerfälle, beidenen Elektronen und Gammaphotonenemittiert werden, herauszufiltern. Diesist möglich, weil die Elektronen undGammaphotonen bei gleichem Energieeintragstärker mit den Elektronen imKristall wechselwirken als die WIMPsoder Neutronen. Dies führt dementsprechendzu deutlich mehr Ionisation als beiden WIMPs und Neutronen, die an denKernen stoßen. Hingegen ist das Wärmesignalnur von der deponierten Gesamt-36Kontakt: Dr. Klaus Eitel · Forschungszentrum Karlsruhe · Institut für KernphysikPostfach 3640 · 76021 Karlsruhe · Tel. 07247/82-3701 · klaus.eitel@ik.fzk.de