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LIP - Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas
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Dark Matter Search

Participation in Dark Matter experiments and R&D on Liquid Xenon Detectors for Dark Matter Search

 

Data: 2002-01-02 / future

Responsavel: Isabel Lopes

Grupo:

URL: http://luxdarkmatter.org/home.html

 


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Resumo

A natureza da matéria escura é uma das questões de física fundamental mais intrigantes. Uma ampla gama de observações cosmológicas e de astrofísica aponta para que 84% da massa do universo é constituída por uma forma de matéria desconhecida que não emite nem absorbe luz (i.e. matéria escura). Vários modelos sugerem que a matéria escura seja constituída por partículas nunca observadas (WIMPs).

O esclarecimento deste problema passa necessariamente pela detecção direta dos WIMPs que hipoteticamente constituem a matéria escura da nossa galáxia. A detecção indireta de WIMPs através da observação dos produtos da sua aniquilação e a procura de novas partículas em aceleradores, como por exemplo o LHC, são complementares, não substituindo de modo algum as experiências de detecção direta.

Entre as mais de 20 experiências de detecção direta existentes no mundo, LUX é a que tem maior sensibilidade a WIMPs. Instalada a 1478 metros de profundidade em "Sanford Underground Research Facility" (SURF, SD, USA) em Julho de 2012, obteve um resultado superior a todas as outras experiências em apenas cerca de um ano. Com apenas 85.3 dias de aquisição de dados, ultrapassou os limites superiores para a secção eficaz de WIMPs com massas superiores a 10 GeV estabelecidos pelas outras experiências, incluindo o anterior limite mais baixo que tinha sido determinado pela experiência XENON100 para o qual necessitou de 225 dias de aquisição de dados.

Este resultado de LUX foi acolhido com muito interesse pela comunidade científica, contando a sua publicação na Phys. Rev. Lett. já com mais de 630 citações no Inspire-HEP. Após um período de testes, pequenas intervenções e calibrações, LUX iniciou uma tomada de dados de 300 dias em Novembro de 2014 com a qual espera melhorar a sensibilidade a WIMPs de um factor de 3.

Qualquer que seja o resultado desta tomada de dados--a detecção de WIMPs ou uma melhoria do limite da secção eficaz -- serão sempre necessárias experiências capazes de obter uma sensibilidade pelo menos 10 vezes melhor (referidas na literatura como as experiências de segunda geração).

A experiência LZ foi uma das três experiências de segunda geração selecionadas em 2014 pelo DOE e pela NSF para receberem financiamento. LZ tem como objectivo descobrir e estudar a matéria escura na forma de WIMPs e espera obter uma sensibilidade cerca de 300 vezes melhor do que a obtida por LUX, superando o resultado esperado por XENON1T que está em construção.

LZ é uma câmara de duas fases de projeção temporal (DPXe-TPC) com 7 toneladas de xénon. Este tipo de detector constitui uma tecnologia bem comprovada, cuja adequação à detecção de WIMPs está comprovada pelos excelentes resultados obtidos pelas experiências que a utilizaram (i.e. ZEPLIN-II, ZEPLIN-III, XENON10, XENON100 e LUX). LUX foi especialmente concebida para servir de balão de ensaio de tecnologias necessárias para as DPXe-TPC com várias toneladas de xénon e o excelente resultado obtido comprova o excelência das soluções desenvolvidas. LZ é muito semelhante a LUX mas com alguns importantes melhoramentos tais como o veto cintilador de 4π e a instrumentação da camada exterior de xénon de modo a funcionar como um veto adicional.

Após um período de I&D que se iniciou em 2009, LZ completou o projeto de concepção que já foi avaliado positivamente pelo DOE. A construção está prevista decorrer em 2016 e 2017. A tomada de dados espera-se que ocorra de 2019 a 2021.

O grupo do LIP envolvido nestes projetos tem uma sólida e longa experiência em todos os aspectos relacionados com a detecção de WIMPs com DPXe-TPCs. Integrou a colaboração LUX em 2010 e desde então o grupo tem dado contribuições fundamentais nas áreas do processamento e análise de dados, tem sido responsável por dois subsistemas de LUX desde a sua instalação no laboratório subterrâneo. Vários elementos da equipa tiveram cargos de liderança durante períodos de 3 a 6 meses. Isto demonstra a competência, o envolvimento e a capacidade de liderança do grupo. Em LZ, o grupo coordena a concepção e o programa de I&D do sistema de controlo e monitorização da experiência e tem sido responsável pelo programa de I&D com vista à seleção dos refletores de luz de cintilação a utilizar em LZ.

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