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CRESST
Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers

 

Allgemeine Infos zu CRESST

Kollaboration

CRESST ist ein Experiment mit kryogenen Detektoren im Gran Sasso Untergrundlabor zur Suche nach Teilchen kalter dunkler Materie, den sogenannten "WIMPs"

Die beteiligten Universitäten und Forschungseinrichtungen sind:
Max Planck Institut für Physik München (Werner-Heisenberg-Institut), Technische Universität München, University of Oxford, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS/INFN) und Universität Tübingen

CRESST wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Sonderforschungsbereichs 375 "Astro-Teilchenphysik" und im Rahmen des Netzwerks "Applied Cryodetectors" der ECC TMR gefördert.
Der Sprecher der Kollaboration ist Wolfgang Seidel (MPI für Physik).

Der Experimentaufbau

Da die erwartete Ereignisrate sehr gering ist, muss das CRESST- Experiment gut abgeschirmt sein gegen jede Art der Strahlung. Zum Schutz vor der Höhenstrahlung befindet sich der Aufbau im Gran Sasso-Untergrundlabor in Italien, unter etwa 1300 m Fels. Herzstück des Aufbaus ist der Kryostat mit einer großen Probenkammer. Diese Probenkammer ist von insgesamt etwa 30 t Blei und Kupfer zur Abschirmung radioaktiver Strahlung umgeben.Zur Reduzierung des durch Neutronen induzierten Untergrunds wurde zusätzlich um die Bleiabschirmung eine Schicht aus Polyethylen von etwa 40 cm Dicke eingebaut. Polyethylen weist einen höheren Wasserstoffanteil als Wasser auf und ist damit als Neutronenmoderator sehr gut geeignet.
Trotz der Lage in einem Untergrundlabor können noch Myonen in den Detektoren Signale erzeugen. Um dies zu erkennen, wird derzeit ein Myonveto aufgebaut.


WIMP-Nachweis mit Kryodetektoren

Trotz des geringen Wechselwirkungsquerschnitts der WIMPs mit baryonischer Materie ist die vielversprechendste Methode zum direkten Nachweis dieser Teilchen die Messung von deren Streuung und der dadurch ausgelösten Kernrückstöße. Jedoch liegt die zu erwartende Rate nur bei einzelnen Ereignissen pro kg Targetmaterial und Jahr und die übertragene Energie ist gering (wenige bis wenige zehn keV).
Aufgrund niedriger Energieschwellen und guter Energieauflösung sind Tieftemperatur- oder Kryodetektoren besonders für diesen Nachweis geeignet.

Als Target dient ein Kristall, auf dessen Oberfläche ein empfindliches Thermometer aufgebracht wird. Der Kernrückstoß durch ein Teilchen produziert Gitterschwingungen (Phononen), die sich als Temperaturerhöhung in dem Thermometer bemerkbar machen.

CRESST hat dieses Prinzip mit 262 g schweren Saphir-Kristallen und einem Wolframfilm am Übergang vom supraleitenden zum normalleiten-den Zustand als Thermometer umgesetzt und neue Grenzen für den Wechselwirkungsrate leichter WIMPs (m < 5 GeV/c²) bestimmt, siehe G. Angloher et al., Astroparticle Physics 18 (2002) 43-55.

Die Betriebstemperatur der Detektoren beträgt etwa 10 mK.